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转换效率极高,多项保护功能!思睿达主推45W PD充电器方案让您设计更便捷

思睿达工业通信芯方案 2021-12-03 10:31 次阅读

概述

在上篇文章,我们介绍了基于思睿达主推CR52177SC5WUSB 电源适配器方案本文,我们将介绍基于思睿达主推CR6900A的45W PD充电器方案。

01

样机介绍

该测试报告是基于一个能适用于宽输入电压范围,输出功率45W PD方案,输出5V3A、9V3A、12V3A、15V3A、20V2.25A的工程样机,控制IC采用了思睿达主推的CR6900A。0fa7d03c-5391-11ec-a27f-dac502259ad0.png0fc1fd2c-5391-11ec-a27f-dac502259ad0.pngCR6900A_45W PD工程样机示意图

关于CR6900A

CR6900A是一款高集成、高性能电流型PWM控制器,具有低功耗、宽VDD工作电压特点,适合应用于输出范围宽的PD充电器方案。该控制电路在整个负载范 围内都有着比较高的转换效率。芯片内部频率优化实现了优异的EMI效果,限制最小工作频率为22kHz,避免工作时产生噪声。CR6900A提供了非常完整的保护功能,包括逐周期过流保护(OCP),过载保护(OLP),外部过温保护以及内部过温保护,输出短路保护(SCP),输出二极管短路保护,输出过压保护和VDD过压保护等。CR6900A采用 SOT23-6封装。

主要特点

  • 较低的启动电流

  • 内置软启动减少MOSFET应力

  • CCM+QR+CRM控制模式

  • 内建同步斜坡补偿,消除次谐波震荡

  • 内建频率抖动功能,降低EMI

  • 内置65kHz和45kHz开关频率

  • 内置125kHz倍频工作模式

  • 轻载降低工作频率

  • 编程外置过温保护

  • 最大输出电流限制

  • 自适应环路控制

  • VDD过压保护和输出过压保护功能

  • 内置前沿消隐电路

  • 内置输出二极管短路保护

  • 内置过温保护

  • 过载保护

  • SOT23-6L封装

基本应用

  • PD电源

典型应用

0fe27b9c-5391-11ec-a27f-dac502259ad0.png

管脚排列

0ff169cc-5391-11ec-a27f-dac502259ad0.png

管脚描述

10042486-5391-11ec-a27f-dac502259ad0.png

该样机尺寸为70.6mm×40mm,在5V输出时AC264V输入待机功耗<75mW,115VAC/60HZ, 230VAC/50HZ 输入时的平均效率能够满足“能源之星 V2.0 VI级能效”和欧洲 COCT2 标准;具有“OCP、OTP、 VDD_OVP、UVLO ”等多种保护功能;软启动功能可以减少系统启动时MOSFET的应力,前沿消隐时间简化了系统应用。通过频率抖动和软驱动电路的设计,降低开关噪声,简化了EMI设计,CR6900A还提供VDD电压从8.5V至54V更宽的工作范围。 样机的变压器,采用了RM8磁芯(PC40材质),变压器绕制工艺部分,请见后文详细说明。

02

样机特性

以下表格为工程样机的主要特性,具体测试方法在第4章节中有详细说明。2.1、输入特性1014f608-5391-11ec-a27f-dac502259ad0.png 2.2、输出特性102907b0-5391-11ec-a27f-dac502259ad0.png 2.3、整机参数103a1d20-5391-11ec-a27f-dac502259ad0.png 2.4、保护功能测试:104e8206-5391-11ec-a27f-dac502259ad0.png 2.5、工作环境:105f8826-5391-11ec-a27f-dac502259ad0.png 2.6、测试仪器106fd118-5391-11ec-a27f-dac502259ad0.png 

03

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)原理图:107dcd90-5391-11ec-a27f-dac502259ad0.jpg点击可查看放大查看(2)PCB版图:108e0dd6-5391-11ec-a27f-dac502259ad0.png 109f2cce-5391-11ec-a27f-dac502259ad0.png 10b56b7e-5391-11ec-a27f-dac502259ad0.png 10c4dcee-5391-11ec-a27f-dac502259ad0.png  3.2、变压器绕制工艺:(1)变压器电性及结构示意图:10d609ba-5391-11ec-a27f-dac502259ad0.png (2)规格参数:1) 骨架:RM8立式(12PIN),Ae=64mm²;2) 材质:TDK PC40或同等材质;3) 初级、反馈: 2UEW 漆包线;4) 次级: 三层绝缘线;5) 绝缘胶带:3M1298 或同等材质;6) 初级绕组感量Lp:0.56mH±5%(测试条件:0.25V,1kHz);7) 漏感量LLK:要求控制在初级绕组的5%以内(测试条件:0.25V,10kHz);8) 耐压测试= 3KV 5mA 1Min;9) 成品要求:浸凡立水。(3)、变压器参数:

10e818e4-5391-11ec-a27f-dac502259ad0.png

3.3、元器件清单:10fc278a-5391-11ec-a27f-dac502259ad0.jpg 

04

性能测评

样机性能主要是针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,以下详解了测试方法及结果。从测试结果来看,以下各项测试均合格,能够满足大部分客户的要求。4.1、输入特性:本样机经过在不同的输入电压(从 90VAC到 264VAC)和不同负载条件(空载和满载)下测试,得到待机功耗、效率及平均效率。表 1 、无负载待机功耗(输出 5V 时)1110b8bc-5391-11ec-a27f-dac502259ad0.png 表 2、 输出 PCB 板端测试 100%载下的输入特性11227c3c-5391-11ec-a27f-dac502259ad0.jpg 表 3、输出板端测试的效率特性1133b27c-5391-11ec-a27f-dac502259ad0.jpg 4.2、输出特性:注:以下数据均为板端测试;4.2.1、线性调整率和负载调整率:表 4 线性调整率和负载调整率114921d4-5391-11ec-a27f-dac502259ad0.jpg 4.2.2、输出电压纹波及噪音:注:纹波及噪音在 20AWG/1.5M 线端测得,在此线端并联 10uF/50V 电解电容和0.1uF/50V CBB 电容示波器带宽限制为 20MHz。表 5 电压纹波测试115d6522-5391-11ec-a27f-dac502259ad0.jpg 纹波噪声波形图:11707f04-5391-11ec-a27f-dac502259ad0.pngFig1:R&N@ AC90V/60Hz,5V3A no load117fb046-5391-11ec-a27f-dac502259ad0.pngFig2:R&N@ AC90V/60Hz,5V3A 100% load119469e6-5391-11ec-a27f-dac502259ad0.pngFig3:R&N@ AC264V/50Hz,5V3A no load11a9f16c-5391-11ec-a27f-dac502259ad0.pngFig4:R&N@ AC264V/50Hz,5V3A 100% load11cecd02-5391-11ec-a27f-dac502259ad0.pngFig5:R&N@ AC90V/60Hz,9V3A no load11e37770-5391-11ec-a27f-dac502259ad0.pngFig6:R&N@ AC90V/60Hz,9V3A 100% load11f6f20a-5391-11ec-a27f-dac502259ad0.pngFig7:R&N@ AC264V/50Hz,9V3A no load1208a338-5391-11ec-a27f-dac502259ad0.pngFig8:R&N@ AC264V/50Hz,9V3A 100% load121a79d2-5391-11ec-a27f-dac502259ad0.pngFig9:R&N@ AC90V/60Hz,12V3A no load122b4b2c-5391-11ec-a27f-dac502259ad0.pngFig10:R&N@AC90V/60Hz,12V3A 100% load123db802-5391-11ec-a27f-dac502259ad0.pngFig11:R&N@ AC264V/50Hz,12V3A no load1249c5c0-5391-11ec-a27f-dac502259ad0.pngFig12:R&N@AC264V/50Hz,12V3A 100% load125ac5c8-5391-11ec-a27f-dac502259ad0.pngFig13:R&N@ AC90V/60Hz,15V3A no load126fabe6-5391-11ec-a27f-dac502259ad0.pngFig14:R&N@AC90V/60Hz,15V3A 100% load12829030-5391-11ec-a27f-dac502259ad0.pngFig15:R&N@ AC264V/50Hz,15V3A no load1293d84a-5391-11ec-a27f-dac502259ad0.pngFig16:R&N@AC264V/50Hz,15V3A 100% load129fa60c-5391-11ec-a27f-dac502259ad0.pngFig17:R&N@ AC90V/60Hz,20V2.25A no load12b2bd28-5391-11ec-a27f-dac502259ad0.pngFig18:R&N@AC90V/60Hz,20V2.25A 100% load12c30f5c-5391-11ec-a27f-dac502259ad0.pngFig19:R&N@ AC264V/50Hz,20V2.25A no load12d36c80-5391-11ec-a27f-dac502259ad0.pngFig20:R&N@AC264V/50Hz,20V2.25A 100% load4.3、保护功能:以下测试过流保护、短路保护功能。4.3.1 过流保护:12e50f1c-5391-11ec-a27f-dac502259ad0.png 4.3.2 短路保护:功率计限流电流为 2.5A12f35bc6-5391-11ec-a27f-dac502259ad0.png  4.4 动态测试:注:输出动态负载电流设置为 10%持续 10ms,然后为 90%持续 10ms 并持续循环,上升/下降设置为 3A/uS。1308119c-5391-11ec-a27f-dac502259ad0.jpg1316dcae-5391-11ec-a27f-dac502259ad0.pngFig21:AC90V/60Hz,5V3A1323a920-5391-11ec-a27f-dac502259ad0.pngFig22:AC264V/60Hz,5V3A1333281e-5391-11ec-a27f-dac502259ad0.pngFig23:AC90V/60Hz,9V3A1340bff6-5391-11ec-a27f-dac502259ad0.pngFig24:AC264V/50Hz,9V3A135b46e6-5391-11ec-a27f-dac502259ad0.pngFig25:AC90V/60Hz,12V3A136c72d6-5391-11ec-a27f-dac502259ad0.pngFig26:AC264V/50Hz,12V3A137f4afa-5391-11ec-a27f-dac502259ad0.pngFig27:AC90V/60Hz,15V3A136c72d6-5391-11ec-a27f-dac502259ad0.pngFig28:AC264V/50Hz,15V3A13a28da8-5391-11ec-a27f-dac502259ad0.pngFig29:AC90V/60Hz,20V2.25A13ae7654-5391-11ec-a27f-dac502259ad0.pngFig30:AC264V/50Hz,20V2.25A4.5、系统延时时间测试:注:AC 端(绿色)、VO输出端(蓝色)波形图。13be4372-5391-11ec-a27f-dac502259ad0.png13cde0d4-5391-11ec-a27f-dac502259ad0.pngTON_DELAY @ AC100V,100% Load13e04328-5391-11ec-a27f-dac502259ad0.pngTON_DELAY @ AC240V,100% Load13f0d936-5391-11ec-a27f-dac502259ad0.pngTON_DELAY @ AC100V,100% Load13ff78ce-5391-11ec-a27f-dac502259ad0.pngTON_DELAY @ AC240V,100% Load140d6d80-5391-11ec-a27f-dac502259ad0.pngVOVER_SHORT @ AC100V,No Load1422cc34-5391-11ec-a27f-dac502259ad0.pngVOVER_SHORT @ AC240V,No Load

05

其它重要波形测试

DRAIN(绿)端、CS(蓝色)端波形图:14350836-5391-11ec-a27f-dac502259ad0.pngAC90/60Hz,20V2.25A 100% Load144a973c-5391-11ec-a27f-dac502259ad0.pngAC115/60Hz,20V2.25A 100% load145d5d72-5391-11ec-a27f-dac502259ad0.pngAC230/50Hz,20V2.25A 100% load146b8794-5391-11ec-a27f-dac502259ad0.pngAC264/50Hz,20V2.25A 100% load1479223c-5391-11ec-a27f-dac502259ad0.pngAC115/60Hz,20V2.25A 100% load 输出 Vds1487c27e-5391-11ec-a27f-dac502259ad0.pngAC264/50Hz,20V2.25A 100% load 输出 Vds

06

EMI 评估测试

6.1、测试条件:输入:230VAC50Hz输出:20V2.25A负载类型:电阻 ,限值标准参考:EN55013、EN55022B14963426-5391-11ec-a27f-dac502259ad0.png传导 L 线测试 PK+AV14a68736-5391-11ec-a27f-dac502259ad0.png传导 N 线测试 PK+AV14b9e6fa-5391-11ec-a27f-dac502259ad0.png辐射测试 PK+A6.2 、输入:110VAC50Hz;输出:20V2.25A;负载类型:电阻 输出低接大地,限值标准参考:EN55013、EN55022B14cb7b7c-5391-11ec-a27f-dac502259ad0.png传导L线测试 PK+AV14dae634-5391-11ec-a27f-dac502259ad0.png传导N线测试 PK+AV14ed121e-5391-11ec-a27f-dac502259ad0.png辐射测试 PK+AV

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