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思睿达工业通信芯方案

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深圳思睿达微电子有限公司成立于2017年7月。主要研发方向为数模混合应用的电源芯片，是一家微电子领域高科技企业。

快充、安全、智能，一次解决！这对“黄金搭档”真有这么牛？

01-01 86浏览量
 

本文是基于思睿达主推CR5168SK+CR3016的20W智能快速充电器方案，它具有低待机、高效率、多电压输出、智能匹配移动设备、实现快速充电等特性。让我们一起看看这个方案还有什么过人之处吧！

 
 

01

 
 
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功率开关采用了思睿达主推的CR5168SK，同步整流芯片为思睿达主推的CR3016，协议芯片为其他家协议芯片。
 
 
 

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；

 

 
 
 
 
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
 
 
 

关于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。
 
主要特点
 

  • 较低的启动电流 (大约3μA)

  • 全电压范围待机低于75mW

  • 满足六级能效标准

  • 内置软启动减少MOSFET应力

  • CCM+PFM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开关频率

  • 轻载降低工作频率

  • VDD电压8.5V至36.5V，工作范围更宽

  • VDD过压保护功能

  • 内置前沿消隐电路

  • 内置过温保护

  • 过载保护

  • SOP-8L绿色封装

 
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

 

 
 
 
 
 
 
 

关于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；
 
基本应用
 

  • AC/DC电源适配器

  • 手机快充充电器

 

典型应用

 

引脚分布
 
 
引脚描述
 

 

 
 
 
 

 

02

 
 
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
 

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）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
 

04

 
 
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
 

05

 
 
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
 

06

 
 
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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