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电源适配器如何实现绿色高效,稳定性强?试试这个方案呗~

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发表于 2022-5-5 17:00:01 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 思睿达小妹妹 于 2022-5-5 17:26 编辑
: k# B7 ~: M3 ^2 G
& \% L8 n# Q* ?: J; U# n- Z概述: P7 F( ~- m: K; C6 L
2 w/ p5 A% W) \7 X' g& H
随着电子信息产业的飞速发展,电源适配器的应用场合日趋广泛,对其性能的要求也变得日益严格,包括对其效率的要求,特别是随着全世界节能意识的提高,对电源的效率也提出了极为严格的要求。本文,我们将给大家介绍的是基于CR5269SSG电源适配器方案,采用SOP-8L绿色封装,满足能效六标准。
' \/ ~/ H# w1 U, E$ D6 @5 N3 C( t+ e2 n+ i" n" U
1、样机介绍6 R$ d- J6 ]" Y- g1 E
8 m. E" _. |9 n0 h0 j
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12W,恒压输出的电源适配器样机,控制IC采用了公司主推的CR5269SSG。: D1 H5 Z3 C5 _% Z

6 M4 x: o8 B* ^" E# s) C+ u1 N
- ?* R% X( j8 }, A

. U& M  ]7 m; s8 X( ^$ U0 q5 S+ g' ]
CR5269SSG_12V1A 工程样机示意图

! {& O8 T: ]8 u* o6 fCR5269SSG产品概述3 \& b4 N  m1 c2 i$ y& y

2 i% R0 A- W9 ~) nCR5269SSG是一款高性能的电流控制型PWM开关,全电压范围内待机功耗小于75mW,满足能效六标准。为了减少待机功耗和提升效率,CR5269SSG集成了多种工作模式。随着负载的变化,CR5269SSG可以工作在三种不同的模式,并且每种模式都做了优化。当负载很重时,系统工作在传统的PWM(脉冲宽度调制)模式。当负载变轻时,系统进入PFM(脉冲频率调制)模式。在PFM模式下,随着负载的逐渐变轻,开关频率也逐渐的减小。CR5269SSG中独有的频率变换模块可以使开关频率平滑降低而不产生噪声。由于频率的降低,开关损耗也被有效的减小了。当负载继续降低而低于某一设定值时,系统进入PSM(跳频调制)模式。在PSM模式下,一些开关周期被跳过,这些周期内开关管完全关断,因此这种模式可进一步降低待机功耗。在上述的三种工作模式下,都集成了频率抖动功能,来提升系统的EMI特性。
+ }* Y$ y# J0 E
2 x) f# W+ L0 A; l) n+ }- D* a芯片还集成了最大输出功率动态补偿模块,从而保证系统在全电压交流输入范围(90V~264V)内最大输出功率点恒定。* n" y; @2 x8 |" P) P' T

5 z  i- s0 \9 P4 D3 gCR5269SSG集成了多种功能和保护特性,包括欠压锁定(UVLO),VDD过压保护(OVP),软启动,过温保护(OTP),逐周期电流限制(OCP),过载保护(OLP),SENSE引脚悬空保护,GATE端箝位,前沿消隐等。
. c* P& N* d! s4 |' x6 j( |  [; ~0 B$ P/ m. F+ c2 N  A
芯片特性:
1 r$ t8 Q9 K8 s● 全电压范围待机低于75mW9 e: t  [+ m% c
● 满足能效六级标准( k4 W6 G& u3 E. C' B$ `
● PSM模式降低待机功耗5 p& F9 h. m4 ?$ L
● 内置软启动6 ]& N6 s/ T+ _( a6 Q4 T+ U) U
● 良好的EMI特性
# G9 f- w4 k/ e: t2 |● 零噪声工作' L$ ?9 i1 a  H
● 典型65kHz开关频率5 @0 H$ y! z  q0 O' N
● 电流模式控制
6 Q) M8 K2 f  v( `4 A# ?$ B6 L# L● 内置斜坡补偿
: O/ \. Y* x+ o7 ]; T4 X8 y) c● 内置前沿消隐
( ~, g6 \2 t2 {( H● 启动电流和工作电流低
6 }: `2 I% L- O, d● VDD端过压保护
1 N( F2 g- }! F4 t; C2 D● 过载保护  s: `$ ^  T9 l2 \% I6 X5 X( V+ S
● 逐周期过流保护- k2 a7 j4 J5 Q0 u/ c8 [+ j7 I8 x
● 过温保护3 F  J# v- r& k: J% g
● 输出整流二极管短路保护
+ B+ K  O" Z, z9 P+ V2 V# }+ W● 四引脚散热
. y  k) t0 O9 k( M9 V6 J7 w5 ~● SOP-8L绿色封装
2 q# h0 @) J( p6 [, x3 X, j
! Z" F- |" z! c( D) |1 B基本应用" _0 H" Z( Q+ n1 M' [6 R. a
● 电源适配器
9 s& \; }3 c7 g, E● 开放式电源
1 I1 _' c- T1 Y' t# ?: `% G6 R● 数码相机和摄像机电源
7 p2 r. W: }9 }) w● 电脑和服务器辅助电源
0 G* J7 r0 Y1 F/ ~# g● 机顶盒电源
5 c0 c' }' j1 y- S8 I* z3 J● 掌上电脑电源0 d! A5 c& A7 |+ V( d9 u

# k2 G4 W- d) M' ^1 ~9 ?引脚分布
# Y, D( Q( y( e. m$ u$ w3 g- }

6 k/ k" F- U  e/ K引脚描述
8 J3 T8 T( q) J
4 H: k' `% v" D
典型应用
6 K( O& z/ r- k

0 i$ c5 S+ J1 |2 p样机PCBA尺寸:63*34*19mm( L*W*H),是一款全电压实现12V1A输出的电源适配器。AC90V满足启动时间的条件下,实现AC264V样机待机功耗小于75mW;全电压输入时PCB平均效率84.09%;能够满足最严格的“COC_VI_T2” 能效标准;全电压可实现3%电压输出精度。
) z' H5 _# I( V
# C* F  G( z% G, }% n样机具有良好的动态负载能力,良好的恒流输出效果;同时具有“软启动、OCP、SCP、OVP、OTP自动恢复”等多种保护功能。
6 C( f- E+ j) v3 N. o
3 _$ P. x6 {; R; T0 [样机的变压器,采用了EE16W加宽磁芯(PC40材质)。变压器绕制工艺部分,请见后文详细说明。
3 Q6 U0 i2 m+ I- ~
+ k* M# c* b# K, n. r2、样机特性: L+ r8 s8 m$ g% C7 T& K

5 j7 ]7 ^7 f* c8 H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。
6 d8 M: d. _1 l' d3 q
2 v5 i/ }5 B! R) x: m2.1、输入特性:: M0 c8 k: y2 R+ {8 O- y3 X7 k, k
. y7 t, B8 \7 ^  R' M! q% ]
2.2、输出特性(PCB 端):! B: t' p7 ~( j' Z9 T
, |/ }3 [0 y  ~7 b9 O1 S
2.3、整机参数:
) ^, A0 A% S% ?( _5 x
5 G% L& Z' e4 U
2.4、保护功能测试:7 S. U+ ~  C' y1 i% X/ `4 V

* X4 |& @5 I) T7 h! {2.5、工作环境:
" x+ |) y& q) J) u3 E( n% p

9 `" ~6 G4 x' u5 M) e4 b+ _2.6、测试仪器:, Y4 s, s7 X3 J2 {7 G9 @
1 p  w. H2 w3 M& J4 K
3、样机结构信息% B! n7 ]4 V0 q) ~

! O+ e9 ]# F" `1 T' D% t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。7 W/ A3 P" _* S, l+ g" v5 ?. }
+ ?% i* Q/ l/ a) W9 I9 |0 r
3.1、电路原理图及BOM:+ p& Z+ E9 `! w/ P- X

/ I3 K; a$ s" r9 B3.1.1、原理图:
$ }/ h0 b; E4 Z. l  p0 ?& ]
8 m3 h5 c! m1 n+ o
3.1.2、元器件清单:
* s4 E! o9 I, ?2 @5 J* W

5 x5 t3 E9 R* D% J9 L" B5 V1 O3.1.3、PCB 布局&布线:+ I  z. ^; ^9 Q
- I. r3 _9 Z( q8 |; b
PCB 顶层布局&布线
( t4 X* r# S3 h" g  l/ K3 j
PCB 底层布局&布线

; r! V- P* {. p( a* E* @3.2、变压器绕制工艺:% M8 ^7 o) g/ ?* J, `  H
7 J3 X" T( ^) j" @
3.2.1、电路示意图:
3 ?  ?7 D) N, K7 j* P. `+ O1 g3 U
5 L; x& e9 d5 Y; l; p1 t
3.2.2、规格参数:
2 W# F; B0 w/ n& }7 e  B$ A1)骨架:EE16W 加宽立式(5+5PIN),Ae=38mm²;
" x/ M' X; @/ E5 L, r8 C0 i' U2)材质:TDK PC40 或同等材质;
8 f2 a# U' v; W( R, x3 z- Q3)N1、N2、N3: 2UEW 漆包线;N4: 三层绝缘线;
" s: x, F4 B# ^. R) i' [4)次级绕组从变压器顶端进出线,磁芯接地3 u2 ]6 W; i2 f/ Q4 X4 A, o
5)绝缘胶带:3M900 或同等材质;
) k, o. j# F* W* x# E6)初级绕组感量Lp:1.8mH±5%(测试条件:0.3V,10kHz);
9 ^4 n# n3 z5 m" q& E$ _8 L. k7)漏感量LLK:要求控制在初级绕组的5%以内(测试条件:0.3 V,10kHz));& t( Q- O% Y& X
8)耐压测试= 3KV 5mA 1Min;
5 e& U/ {/ ^5 W2 O4 z9)成品要求:浸凡立水;6 b3 P" P9 H  C# ~) }' E; v& {* }

7 ~2 O2 m- J9 C, m+ }: p) {. ?3.2.3、变压器参数:
4 N$ {5 T2 `% }1 z6 I/ D' i& `; l( r2 n

( M, v" _& m( m  u# ^3.2.4 变压器结构图:
. \, u0 W' c+ ]) t
: U2 }) ?$ H# G: z# O  x7 o6 I0 G
4、性能测评
2 l) U0 U7 ~/ H! b9 ]5 I* _: ?1 ?
& o0 Y, s; W, ]( C# _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,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。
+ w# {/ e! u3 ^7 I* N& i1 B$ w! |: g3 h$ L4 o; ^
4.1、输入特性:5 z/ b" [% N+ [* Y7 Q! d" ^3 X5 `9 i

/ R: x" v9 @9 |本模板经过在不同的输入电压(从90V/60Hz 到264V/50Hz)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。/ ^) w" }% `" i5 ?; H+ R! L# L3 m

) r$ X: ]( @: e% Z. E! D7 a7 T; r: h
8 [, k, `$ ^9 o  }表1 待机功耗
" Q6 e0 d3 w# ^8 Y& {3 g  z2 N
) n7 `3 ?3 z' b$ I& @- W
表2 输出100%负载下的输入特性6 C( \7 A' y! L4 k, J; ~+ u( {
1 X% R8 j+ j& A( s2 i+ |) z/ p, p
表3 效率测试(PCB 端)
8 K( M( T/ m, o* f6 O$ C
2 M, G) b. B( Z3 |/ K- @. F4 F
表4 效率测试(1.8m 24AWG Cable)
( Y$ C! P) v8 @( [8 }% n! ~

$ H/ M6 ~4 N! j6 J表5 能效等级评估(PCB 端)
, e0 i' o+ ~* X4 ~( I* s! X) j/ H

2 T; f, H7 L3 E7 k7 m& Z( ?9 n( J4.2、输出特性:
$ j9 w1 B0 P7 S: f+ f

% P  p; Z1 p% U* ]5 Y4.2.1 线性调整率和负载调整率: (1.8m 24AWG Cable)2 D3 T: }; y& P7 Y8 p  k0 n; ?
% a: w8 ~1 B' a1 g6 C, ~# f. g

* a- T  `% W# s; ~4.2.2、输出电压纹波:) Q# o( r# P5 A9 g( ~

  p3 N; C$ p. j6 X1 d注:纹波及噪声在PCB 处测试,测试端并联0.1uF/50V 的瓷片电容和10uF/50V 电解电容,带宽限制为20MHz。* K8 W. e* R% q- f
5 A6 l7 ]2 H2 N2 Q
% ]6 {2 L5 _  e" c1 s; g+ X8 m8 T6 x
R&N @ AC90V/60Hz,No Load

" I5 f) U3 C& `
R&N @ AC90V/60Hz,100% Load
4 g1 V4 F1 l5 c9 z
R&N @ AC264V/60Hz,No Load

0 [% \7 M$ `, a! A! K
R&N @ AC264V/60Hz,100% Load
# [- w3 T. X2 A' ~9 Y% F2 s" z
4.3 保护功能:

# K" o0 p& }5 A! W" k  ^  M
3 ]. t4 ^0 s7 Z7 Z以下涉及过流保护、短路保护的测试。6 U  L) X: U+ n" u9 a
# N$ X5 C2 F" `% ^% f
4.3.1、过流保护:* g  I3 {  N5 g# Q  d0 I

7 \- B2 b( q) d3 z& T3 {6 [. s4.3.2、短路保护:
$ k6 m# V7 |- N6 F# S/ k
; I$ j% n, v5 L" t) Y: P功率计电流量程2.5A,开启平均值模式测量。# [/ R; o. I- J% [. ^
# \! J! _8 |1 n, ^; y( C
" P# L+ v1 v+ S4 l3 c
4.4、系统温升测试
; U; d9 C7 [5 C" r
本项测试评估成品样机(含配套塑料外壳)在40℃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:输入电压分别为90V~264V,输出电流1A。9 y9 m. a. b# T" U& |1 k

1 M- Q$ I$ w$ }8 ^6 o
测试样机及配套外壳

' v. s9 W" f; n" B2 b- f& v5 p温升测试:单位℃1 N' u2 M* T& m+ d5 U  @

  l' C6 ?, U1 \( m% q5 S* b% H4.5、动态测试:9 w1 I* r, a& a5 @3 e6 C) w
* u& e8 @( E3 \
输出动态负载电流设置为3A 持续5ms/10ms,然后为0A 持续5ms/10ms 并持续循环,上升/下降设置为3A/us。
5 t5 K* N2 F7 H. T: O+ i5 M
/ w2 I' F$ H9 @6 w+ _
* Y9 f, V& ^. o9 m+ w
AC90V 5ms

) Q9 l+ k+ n9 ^, `+ t3 ]( u9 J
AC90V 10ms
, J' l% w3 @4 @1 }! _0 e
AC264V 5ms

! G+ ^" D* n9 Q7 o
AC264V 10ms

" S! Z& b0 }: @4.6、系统延时时间测试:2 B% L. l0 m8 f9 m, O+ j9 E, `
. ^# W! g$ z  x8 q
  @7 i6 y6 q! o6 A
TON_DELAY  @ AC100V,100% Load

" t* F+ q2 n, l8 E) m
TON_DELAY  @ AC240V,100% Load
- Y& }* d. W! U2 S% T/ S: @
THOLD_UP @ AC100V,100% Load

& L4 A6 R) Z# }7 [
THOLD_UP @ AC240V,100% Load

- S: \+ f4 y) j
VOVER_SHORT @ AC100V,100% Load

' k, n' s) [+ Q" @2 C
VOVER_SHORT @ AC240V,100% Load
2 T! ]4 U7 G0 d: K/ H$ ?: {, l& g
4.7、其它重要波形测试:; S# {4 v* `$ m7 L& C

* M; ?. e: p7 m/ Y+ R" W* X# g/ S; vDRAIN(蓝色)端、CS(红色)端波形图:+ Y! t% `  J  B& G. S- C1 {. d
+ H4 H) e# W- M9 O) Q. d
AC90/60Hz,100% load

$ u0 V/ A6 l& @
AC115/60Hz,100% load

# f5 r" Z, N! ~" h. g5 M: P; d
AC230/50Hz,100% Load

* X& I3 \* d; e, |7 r1 @
AC264/50Hz,100% load

/ _+ o) X* T9 T/ a$ \( P1 C5 }/ t
AC264/50Hz,100% load 输出肖特基电压
  Q2 U5 {: D) j) C4 k9 C" M
AC264/50Hz,输出短路,IC 漏极、CS 波形

  N7 M9 m" s- z9 x* j7 k9 n( f; m5、 EMI 评估测试4 P* a* c4 D1 X) T4 w2 L
; V& Q- q: P- V/ Y* N! P  R
测试条件:输入:AC115V/230V/50Hz;输出负载:使用大功率电阻;限值标准参考:EN55013、EN55022B。(辐射测试结果仅供参考)
7 B$ A8 G+ k' h! G& w. o
' q$ D  V: E, D/ a+ p
AC115V/60Hz 传导L 相
; B8 R) m( Q- M; @- q3 A6 e
AC115V/60Hz 传导N 相

0 c% |7 g: {- g3 M0 ?4 F1 L
AC230V/50Hz 传导L 相
7 K/ Q0 q# @1 I% m- B, v
AC230V/50Hz 传导N 相
. Y- ^' }$ D5 l8 o0 ^& ^2 b
AC115V/50Hz 辐射测试
% R5 u. ]- B- Z2 {* u6 n+ E
AC230V/50Hz 辐射测试

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