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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?

01-05 82人看过
 

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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