有了这“神助攻”芯片，智能匹配移动设备，实现快速充电

思睿达小妹妹 · 发表于 2022-9-1 21:44:14

本帖最后由思睿达小妹妹于 2022-9-1 22:04 编辑

在上一篇文章，我们将给大家介绍了基于思睿达主推的CR5218SC_12V0.45A_EE13非标DEMO演示。本文，将为大家带来的是20W智能快速充电器解决方案。该样机低待机，高效率。全模式（5V/9V/12V）满足快充能效标准。那么，它采用什么芯片以及还有其它什么特性呢？让我们接着往下看吧！

1、样机介绍

该测试报告是基于一个20W智能快速充电器，兼容高通Quick Charge3.0技术，并向下兼容5V快速充电器标准。可根据被充电设备USB信号调节5V/9V/12V输出电压。PWM功率开关采用了本公司的CR5168SK，同步整流芯片为本公司的CR3016，协议芯片为其他家协议芯片。

AC230V输入待机功耗55mW，平均效率>87.35%，满足能效快充标准；全模式均满足相关EMI测试规范。

CR5168SK+CR3016_5V3A/9V2.22A/12V1.67A 工程样机效率实测

该样机方案在同类产品中成本低廉，同时体积大小仅为48mm*40mm*18mm。

CR5168SK+CR3016_5V3A/9V2.22A/12V1.67A 工程样机示意图

样机特性：

● 多电压输出，智能匹配移动设备，实现快速充电；
● 低待机，高效率。全模式（5V/9V/12V）满足快充能效标准；
● 体积小（48mm*40mm*18mm），成本低；
● 符合EMI标准，EN55022B&EN55013；

CR5168SK

CR5168SK是一款采用内置高压功率MOSFET，具有优化的图腾驱动电路以及电流模式PWM控制器，适用于待机功耗<75mW的小功率AC/DC电源适配器、充电器电源。CR5168SK采用PWM+PFM工作模式。在空载和轻载时，电路采用间歇模式，有效的降低了待机功耗。具有“软启动、OCP、SCP、OTP自动恢复”等多种保护功能；由振荡电路产生的频率抖动，可以改善EMI特性。

芯片特性

● CR5168SK是采用内置650V高压功率MOSFET，反激式PWM功率开关；
● 内置软启动，减小MOSFET的应力，内置斜坡补偿电路；
● 65kHz开关频率，具有频率抖动功能，使其具有良好的EMI特性；
● 全电压输入范围，低待机功耗<75mW；
● 能效满足DOE Ⅵ 和 CoC V5_T2 要求；
● 具有“软启动、OCP、SCP、OTP、OVP自动恢复等保护功能；

基本应用

● AC/DC适配器
● PD电源适配器
● 充电器
● 存储设备电源

典型应用

管脚排列

管脚描述

CR3016

CR3016 是SOP-8 封装的一款结构简单同步整流开关，可工作于CCM,DCM 和QR 模式，最高工作频率可达200KHZ，针对5V 输出电源系统进行了专门的优化和设计，内置RDS(ON）为10mΩ的N 沟道MOS，用来替换传统的整流二极管，能有效的提升整机的效率并减少热损耗，提高整机的稳定性和可靠性。

芯片特性

● 可工作于CCM、DCM 和QR 模式，外围电路简单；
● 最高工作频率可达200KHZ；
● 内置RDS(ON）为10mΩ60V 的N 沟道MOS；

2、样机特性

2.1、输入特性

2.2、输出特性

2.3、整机参数

2.4、保护功能测试

2.5、工作环境

2.6、测试仪器

3、样机结构信息

本小节展示了工程样机的电路、版图结构，变压器结构及工艺。

3.1、电路原理图及PCB 版图

（1）电源部分原理图

（2）PD 协议部分原理图

（3）电源部分PCB 版图

顶层丝印

顶层布线

底层丝印

底层布线

（4）PD 协议部分PCB 版图

顶层丝印

顶层布线

底层丝印

底层布线

（5）电源部分BOM 表

（6）PD 协议部分BOM 表

3.2、变压器绕制工艺

（1）电路示意图

（2）规格参数

1）骨架：EE19W（5+5PIN）,Ae＝46mm²；
2）材质：TDK PC40 或同等材质；
3）初级、反馈、屏蔽: 2UEW 漆包线；次级: 三层绝缘线
4）绝缘胶带:3M1298 或同等材质
5）初级绕组感量Lp：1.0mH±5%（测试条件：0.25V，1kHz）；
6）漏感量LLK：要求控制在初级绕组的5%以内(测试条件：0.25V，10kHz）)
7）耐压测试= 3KV 5mA 1Min
8）成品要求:浸凡立
9） PIN6、PIN7、PIN9、PIN10 拔除，PIN2 焊接后剪短。
10）磁芯接地，包绝缘胶带。

（3）变压器参数

（4）变压器结构图

4、性能测评

本小节对工程样机的输入部分、输出部分、各种保护以及一些时序进行了测试。通过在不同的输入电压(从AC90V 到AC264V),输出电压（5V/9V/12V）)和不同负载条件下测试，得到待机功耗、效率及平均效率。

4.1、输入特性

表4.1待机功耗

表4.2 100%负载下的输入特性

4.2、效率测试(PCB END)

表4.3 测试5V 输出的效率特性

表4.4 测试9V 输出的效率特性

表4.5 测试12V 输出的效率特性

4.3、输出特性

4.3.1、线性调整率和负载调整率

表4.6 5V 输出的线性调整率和负载调整率

表4.7 9V 输出的线性调整率和负载调整率

表4.8 12V 输出的线性调整率和负载调整率

4.3.2、输出电压纹波

注：纹波测试时探头上并联10uF/50V 电解电容和0.1uF/50V CBB 电容，示波器带宽限制为20MHz。

表4.9 电压纹波测试

Fig4.1 5V 模式90VAC 空载

Fig4.2 5V 模式90VAC 满载

Fig4.3 5V 模式264VAC 空载

Fig4.4 5V 模式264VAC 满载

Fig4.5 9V 模式90VAC 空载

Fig4.6 9V 模式90VAC 满载

Fig4.7 9V 模式264VAC 空载

Fig4.8 9V 模式264VAC 满载

Fig4.9 12V 模式90VAC 空载

Fig4.10 12V 模式90VAC 满载

Fig4.11 12V 模式264VAC 空载

Fig4.12 12V 模式264VAC 满载

4.4、保护功能

以下涉及过流保护、短路保护的测试。

5V 过流保护

9V 过流保护

12V 过流保护

短路保护

5、重要波形测试

5.1 MOS-变压器应力：DRAIN 端、CS 端波形图
绿色：DRAIN 端；蓝色：CS 端

Fig5.1 5V 模式90VAC 满载

Fig5.2 5V 模式264VAC 满载

Fig5.3 9V 模式90VAC 满载

Fig5.4 9V 模式264VAC 满载

Fig5.5 12V 模式90VAC 满载

Fig5.6 12V 模式264VAC 满载VDRAIN=580V

5.2、耐压测试

Fig5.7 12V 模式264VAC 满载

Fig5.8 12V 模式264VAC 满载

5.3、温升测试

本项测试评估成品样机（含配套塑料外壳）在35℃环境温度下长时间工作时关键器件的稳态温度值。

测试条件：输入电压为90V-264V。

5.4、启动时间

Fig5.9 AC100/60Hz，启动时间=2.48S

Fig5.10 AC240/50Hz，启动时间=1.288S

6、EMI 评估测试

6.1--- 5V 满载测试（5V/3A）

Fig6.1 5V 满载 115V 传导L 线

Fig6.2 5V 满载 115V 传导N 线

Fig6.3 5V 满载 115V 辐射

Fig6.4 5V 满载 230V 辐射

Fig6.5 5V 满载 230V 传导L 线

Fig6.6 5V 满载 230V 传导N 线

6.2--- 9V 满载测试（9V/2.22A）

Fig6.7 9V 满载 115V 传导L 线

Fig6.8 9V 满载 115V 传导N 线

Fig6.9 9V 满载 115V 辐射测试

Fig6.10 9V 满载 230V 辐射测试

Fig6.11 9V 满载 230V 传导L 线

Fig6.12 9V 满载 230V 传导N 线

6.3--- 12V 满载测试（12V/1.67A）

Fig6.13 12V 满载 115V 传导L 线

Fig6.14 12V 满载 115V 传导N 线

Fig6.15 12V 满载 115V 辐射测试

Fig6.16 12V 满载 230V 辐射测试

Fig6.17 12V 满载 230V 传导L 线

Fig6.18 12V 满载 230V 传导N 线

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