隨著行動裝置的普及和技術的不斷進步,充電器作為我們日常生活中必不可少的配件之一,也在不斷演進。其中,PD(Power Delivery)充電器作為一種新一代的充電技術,正逐漸受到廣大使用者的關註和喜愛。
PD充電器擁有更高的功率輸出能力和更快的充電速度。與傳統的USB充電器相比,PD充電器可以為電子裝置提供更多的電力,從而大大縮短了充電時間。無論是手機、平板還是膝上型電腦,透過使用PD充電器,都可以實作快速、高效的充電體驗。
以下是基於思睿達主推的CR6900ASP+CR3015A_30W PD智慧快充方案。該樣機方案在同類產品中成本低廉,可以智慧匹配通訊裝置,實作快速充電。具有低待機,高效率的特性;全模式(5V/9V/12V/15V/20V)滿足快充能效標準。
01、樣機介紹
該測試報告是基於一個能實作寬輸入電壓範圍的30W PD智慧快充,可根據被充電裝置USB訊號調節5V/9V/12V/15V/20V輸出電壓。PWM功率開關采用了思睿達主推的CR6900ASP,同步整流芯片為思睿達主推的CR3015A。
CR6900ASP+CR3015A_30W PD工程樣機示意圖
關於CR6900ASP
CR6900ASP是一款高整合度、低待機功耗的CCM+PFM混合電流模式PWM控制開關。CR6900ASP輕載時會降低頻率,最低頻率22kHz可避免音訊雜訊。
CR6900ASP提供了完整的保護功能,如OCP、OTP、VDD_OVP、UVLO等。軟啟動功能可以減少系統啟動時MOSFET的應力,前沿消隱時間簡化了系統套用。透過頻率抖動和軟驅動電路的設計,降低開關雜訊,簡化了EMI設計,CR6900ASP OVP電壓高達56V,提供更寬的VDD工作電壓範圍。CR6900ASP提供ASOP-6L的封裝。
芯片特性:
● CR6900ASP是內建650V高壓MOSFET的CCM+PFM模式PWM功率開關;
● 內建軟啟動減小MOSFET應力,內建同步斜坡補償電路消除次諧波振蕩;
● 65kHz開關頻率,具有頻率抖動功能,使其具有良好的EMI特性;
● 全電壓輸入範圍,低待機功耗<75mW;
● 能效滿足DOE Ⅵ和CoC V5_T2要求;
● 較寬的VDD工作電壓範圍(8~54V)便於設計;
● 具有「OLP、SCP、OTP、OVP、輸出二極體短路」等自動恢復保護功能。
基本套用:
● AC/DC介面卡
● PD電源介面卡
● 充電器
● 儲存裝置電源
典型套用
管腳排列
管腳描述
關於CR3015A芯片特性:
● 可工作於CCM、DCM和QR模式,外圍電路簡單;
● 最高工作頻率可達200kHz;
● 外驅MOS,驅動能力強,可靈活套用。
樣機特性:
● 多電壓輸出,智慧匹配通訊裝置,實作快速充電;
● 低待機,高效率。全模式(5V/9V/12V/15V/20V)滿足快充能效標準;
● 符合EMI標準,EN55022B&EN55013。
CR6900ASP是一款采用內建650V高壓功率MOSFET,具有最佳化的圖騰驅動電路以及寬VDD工作電壓電流模式PWM控制器,適用於待機功耗<75mW的AC/DC電源介面卡、充電器電源。CR6900ASP采用CCM+PFM工作模式,整機全負載範圍內都有著較高的轉換效率。在空載時,電路采用間歇模式,有效的降低了待機功耗。內建抖頻功能,具有良好的EMI特性,樣機EMI滿足EN55022B&EN55013標準。
該樣機方案在同類產品中成本低廉,該樣機尺寸為54mm×44mm×22mm,具有「OLP、SCP、OVP、OTP、輸出二極體短路保護」等自動恢復多種保護功能。
樣機的變壓器,采用了RM8磁芯(PC40材質),變壓器繞制工藝部份,請見後文詳細說明。
02、樣機特性
以下表格為工程樣機的主要特性,具體測試方法在第4章節中有詳細說明。
2.1、輸入特性
2.2、輸出特性
2.3、整機參數
2.4、保護功能測試
2.5、工作環境
2.6、測試儀
03、樣機結構資訊
本小節展示了工程樣機的電路、版圖結構,變壓器結構及工藝。
3.1、電路原理圖及PCB版圖:
(1)電源部份原理圖:
(2)PD協定部份原理圖
(3)電源部份PCB版圖:
(4)PD協定部份PCB版圖:
頂層絲印
頂層布線
底層絲印
底層布線
3.2、變壓器繞制工藝:
(1)變壓器電性及結構示意圖:
(2)規格參數:
1)骨架:RM8 立式(6+2PIN),Ae=64mm²;
2)材質:TDK PC40或同等材質;
3)初級、反饋:2UEW 漆包線;
4)次級:三層絕緣線;
5)絕緣膠帶:3M1298或同等材質;
6)初級繞組感量Lp:0.68mH±5%(測試條件:0.25V,10kHz);
7)漏感量LLK:要求控制在初級繞組的5%以內(測試條件:0.25V,10kHz);
8)耐壓測試=3KV 5mA 1Min;
9)成品要求:浸凡立水。
(3)、變壓器參數:
3.3、元器件清單:
(1)電源部份BOM表
(2)PD協定部份BOM表
04、效能測評
樣機效能主要是針對工程樣機的輸入部份、輸出部份、各種保護以及一些時序進行了測試,以下為詳細測試方法及結果。從測試結果來看,以下各項測試均合格,能夠滿足大部份客戶的要求。
4.1、輸入特性:
本樣機經過在不同的輸入電壓(從90VAC到264VAC)和不同負載條件(空載和滿 載)下測試,得到待機功耗、效率及平均效率。
表1、無負載待機功耗(輸出5V時)
表2、輸出PCB板端測試100%載下的輸入特性
表3、輸出板端測試的效率特性
4.2、輸出特性:
註:以下數據均為板端測試;
4.2.1 線性調整率和負載調整率:
表4、線性調整率和負載調整
4.2.2 輸出電壓紋波及噪音:
註:紋波及噪音測量時示波器探頭並聯10uF/50V電解電容和0.1uF/50V CBB電容,示波器頻寬限制為20MHz。
表5、電壓紋波測試
紋波雜訊波形圖:
Fig1 R&N@ AC90V/60Hz,5V3A no load
Fig2 R&N@ AC90V/60Hz,5V3A 100% load
Fig3 R&N@ AC264V/50Hz,5V3A no load
Fig4 R&N@ AC264V/50Hz,5V3A 100% load
Fig5 R&N@ AC90V/60Hz,9V3A no load
Fig6 R&N@ AC90V/60Hz,9V3A 100% load
Fig7 R&N@ AC264V/50Hz,9V3A no load
Fig8 R&N@ AC264V/50Hz,9V3A 100% load
Fig9 R&N@ AC90V/60Hz,12V2.5A no load
Fig10 R&N@AC90V/60Hz,12V2.5A 100% load
Fig11 R&N@ AC264V/50Hz,12V2.5A no load
Fig12 R&N@AC264V/50Hz,12V2.5A 100%load
Fig13 R&N@ AC90V/60Hz,15V2A no load
Fig14 R&N@AC90V/60Hz,15V2A 100%load
Fig15 R&N@ AC264V/50Hz,15V2A no load
Fig16R&N@AC264V/50Hz,15V2A 100%load
Fig17 R&N@ AC90V/60Hz,20V1.5A no load
Fig18 R&N@AC90V/60Hz,20V1.5A 100%load
Fig19 R&N@ AC264V/50Hz,20V1.5A no load
Fig20 R&N@AC264V/50Hz,20V1.5A 100%load
4.3、保護功能:
以下測試過流保護、短路保護功能。
4.3.1 過流保護:
4.3.2 短路保護:功率計限流電流為2.5A
4.4、系統延時時間測試:
註:AC 端(藍色)、VO輸出端(紅色)波形圖。
TON_DELAY @ AC100V,100% Load
TON_DELAY @ AC240V,100% Load
THOLD_UP @ AC100V,100% Load
THOLD_UP @ AC240V,100% Load
VOVER_SHOOT @ AC100V,100% Load
VOVER_SHOOT @ AC240V,100% Load
4.5、溫升測試:
本項測試評估成品樣機(含配套塑膠外殼)在25℃環境溫度下長時間工作時關鍵器件的穩態溫度值(℃)。測試條件:輸入電壓為90V&264V。
4.6、其它重要波形測試:
DRAIN(紅色)端、CS(藍色)端波形圖:
AC90/60Hz,20V1.5A 100% Load
AC115/60Hz,20V1.5A 100% load
AC230/50Hz,20V1.5A 100% load
AC264/50Hz,20V1.5A 100% load
AC115/60Hz,20V1.5A 100% load 輸出Vds
AC264/50Hz,20V1.5A 100%load 輸出Vds
4.7、EMI評估測試
測試條件:輸入:AC115V/230V;輸出:5V3A/9V3A/12V2.5A/15V2A/20V1.5A;負載型別:水泥電阻,限值標準參考:EN55013、EN55022B
5V3A_AC115V/60Hz_傳導L 線
5V3A_AC115V/60Hz_傳導N 線
5V3A_AC230V/50Hz_傳導L 線
5V3A_AC230V/50Hz_傳導N 線
5V3A_AC115V/60Hz_放射線
5V3A_AC230V/50Hz_放射線
9V3A_AC115V/60Hz_傳導L 線
9V3A_AC115V/60Hz_傳導N 線
9V3A_AC230V/50Hz_傳導L 線
9V3A_AC230V/50Hz_傳導N 線
9V3A_AC115V/60Hz_放射線
9V3A_AC230V/50Hz_放射線
12V2.5A_AC115V/60Hz_傳導L 線
12V2.5A_AC115V/60Hz_傳導N 線
12V2.5A_AC230V/50Hz_傳導L 線
12V2.5A_AC230V/50Hz_傳導N 線
12V2.5A_AC115V/60Hz_放射線
12V2.5A_AC230V/50Hz_放射線
15V2A_AC115V/60Hz_傳導L 線
15V2A_AC115V/60Hz_傳導N 線
15V2A_AC230V/50Hz_傳導L 線
15V2A_AC230V/50Hz_傳導N 線
15V2A_AC115V/60Hz_放射線
15V2A_AC230V/50Hz_放射線
20V1.5A_AC115V/60Hz_傳導L 線
20V1.5A_AC115V/60Hz_傳導N 線
20V1.5A_AC230V/50Hz_傳導L 線
20V1.5A_AC230V/50Hz_傳導N 線
20V1.5A_AC115V/60Hz_放射線
20V1.5A_AC230V/50Hz_放射線