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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
! h, s; m4 Y/ Z! I: T  l. X, N
, w2 v' z+ P( T: P2 O% X概述0 {" ~" {: N7 f
: K# B1 R' y& _
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。6 i1 x# `3 r6 J  }4 q/ S
7 [3 o- x4 x% R4 q4 R
1、样机介绍3 j2 U' u8 K/ Z4 l( n1 \: G

) G; W. z# B$ _; j1 t5 t$ h6 b% |  {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。! Q6 u7 Z3 m' U

& x% B' F1 d8 }1 w/ V
9 I7 n3 L* F" k$ x8 y$ e0 ]
0 C' Q2 o: z- N; c
CR5269SSG_12V1A 工程样机示意图
7 v/ M) ]* |8 D! g5 N
CR5269SSG产品概述$ H  d2 ^7 `! o' w  e2 A
- q$ l+ M3 P1 ]# l
CR5269SSG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。2 N: \$ V& y" B- Z1 W, T8 v/ d7 e

# X6 J" M7 {- w3 _! ~" y  L/ `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。
9 D+ C: \6 d2 _3 v' G: N# X
. |8 x8 ^- i, _7 LCR5269SSG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。
9 |& S! h! v, `! ], V+ X
! T  ]9 X+ _6 K芯片特性:$ ?6 K1 ^) z5 s, f3 E# y! u
● 全电压范围待机低于75mW7 \! v0 w5 Y. V
● 满足能效六级标准# o. z2 A* m8 m# p0 K
● PSM模式降低待机功耗$ N4 L) Y4 f' s! a' K7 d
● 内置软启动6 S& }) ~) B' o
● 良好的EMI特性
" W. [) c7 U  y% y; ^, t● 零噪声工作
7 L+ {* m9 h) N' z3 g: s" c- f5 F+ M● 典型65kHz开关频率
# u% w( l! Y' c7 k" h7 }● 电流模式控制
/ r& u. y5 `$ Z0 j/ h● 内置斜坡补偿
: [) c  u3 Y% U$ b: D5 F● 内置前沿消隐
9 q! [) f5 ?! S8 h. F# o: V$ _8 ^● 启动电流和工作电流低+ U% r+ X5 W+ w% M
● VDD端过压保护
/ M8 F8 W9 c& u* u- V● 过载保护
: D2 }/ n; m# N% ~" z3 O● 逐周期过流保护) ]6 t* k( N$ C4 A1 A7 @+ p
● 过温保护3 X; y" N+ ?* b3 M: d
● 输出整流二极管短路保护
. ]7 s/ P+ q0 l2 n/ D9 b" r; a( c● 四引脚散热
; ~1 W* A; \* }9 Y* `● SOP-8L绿色封装
' Y3 i8 N6 X1 ^3 p* Z
. D; I8 ^( L: ^: }% z基本应用' o& Y' I: }3 Z% e+ w- p
● 电源适配器) z. s) ?9 o3 _' B) B6 K
● 开放式电源/ y& s5 w" ]( P1 i7 L- p4 D! j
● 数码相机和摄像机电源0 w9 d  Q5 Q$ Z4 _
● 电脑和服务器辅助电源
. ]9 `: V7 q6 Z3 u/ i( s● 机顶盒电源* V" K' |, k9 [/ ^2 r. z
● 掌上电脑电源% u5 T5 D9 z- v1 P

& Q& t8 N( L4 O1 t4 H引脚分布8 u+ Y7 p' n1 n6 W/ Y- w! E

# z7 E" @: k5 `, U引脚描述' @: n2 \- q5 M& s

2 P. p. X" ~6 |5 b) W" }典型应用' M8 E2 H0 c/ \1 b: h, w6 |1 a

5 i/ U# P' a. R2 {" @' a* }8 w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。
) |  J: O6 t8 A+ |+ L0 n
: Y& u8 N: G( q2 i! h4 `/ g2 p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。
! B. t' c- H0 P* l& Z, x- w
# b& l$ V) c/ i0 z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。
( T1 ]; n9 `* |# N# ^6 V
: j8 {# A9 P2 d4 C* ^1 g- l2、样机特性' r7 I$ c( y- R+ }7 P0 M% [
' b& h( o+ k7 x
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。4 Q. q" _8 u$ d6 z, T% K
2 `1 o3 _3 e2 H9 z4 K
2.1、输入特性:
3 d$ ]$ ]- Z' H3 ?; M$ |3 ?
! I. x$ m7 Q' i3 z( r
2.2、输出特性(PCB 端):6 y, m, F( ~9 }* s6 F

: I- D& z  F+ z2.3、整机参数:
) g* E. j. o8 O* Z: `

# y* n) G% g" D% c' A9 b/ \9 L2.4、保护功能测试:; }1 ^' I' f% r# {3 U

# @/ g" c' z6 j( @3 v( ?2.5、工作环境:
- N* W. S# p) g5 M

$ k0 q3 c1 j/ w4 M5 C+ O: d2.6、测试仪器:" _" z" ^$ C. W3 ?9 }
+ D: s( c+ L& V) U  W; z& j# l
3、样机结构信息
! I7 @; y; b2 n/ Q7 S
, l1 ~( U+ s0 ?. x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。/ d6 h6 k; w, G& r" X; d, U
$ D" X1 |* f2 A; ~* A" `
3.1、电路原理图及BOM:, d6 N, m' }, a% x" Z. S

6 t# L' }" i$ o3.1.1、原理图:
, y7 K/ `9 x; \4 _" N5 V
( ~+ H  Y  c0 Z4 t- S0 e% w! e
3.1.2、元器件清单:
- u0 i% Q2 s& H$ P  j/ h2 j5 c; q  |

3 i1 ^5 C. v$ L- U! Z4 x' i+ N- z3.1.3、PCB 布局&布线:
; {/ Z5 L+ U( A& C" Z; ~1 J" f' g9 j- e
- f# S5 ~" w1 l
PCB 顶层布局&布线
. F! [' n$ p: T+ L
PCB 底层布局&布线
  a% d: h! y$ D
3.2、变压器绕制工艺:
& g" R8 K: a/ e& z: g) y0 j* L+ @$ K! I2 l# s) v2 U
3.2.1、电路示意图:: V" X9 S" k% P6 H4 I& F
/ s" }- ?! a4 t" _
3.2.2、规格参数:
) e: Y- V1 c& X4 x3 |' K( `1)骨架:EE16W 加宽立式(5+5PIN),Ae=38mm²;
0 j% u* ?. _8 `( B2)材质:TDK PC40 或同等材质;) H" L4 R( T3 i
3)N1、N2、N3: 2UEW 漆包线;N4: 三层绝缘线;
& E; C& \/ h3 j0 U4 d* [3 v4 o4)次级绕组从变压器顶端进出线,磁芯接地0 p% I0 z8 c7 k2 G
5)绝缘胶带:3M900 或同等材质;
8 v0 m2 J6 c7 b- [% }( b5 S1 H$ g4 ^, T) b1 M6)初级绕组感量Lp:1.8mH±5%(测试条件:0.3V,10kHz);
6 I: Q8 F. j( h  ?. [. A0 d9 G7)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));/ B  [( e* t, s: r" |* s! X8 s- E
8)耐压测试= 3KV 5mA 1Min;
$ L' \5 b+ s/ r9 F$ ?1 V9)成品要求:浸凡立水;
; S6 A" O2 g- ?" D+ d# g" c; C5 k! _: {
3.2.3、变压器参数:
; ]+ h% }, W# V( j& j( N

8 l& `$ z( ]3 E  a+ K3.2.4 变压器结构图:
! I( `5 ?' Q7 e

4 L2 Z1 {0 }, t. j8 ]4、性能测评$ [5 x! l$ D6 Q) ?; q8 n& H0 I
! ?0 j3 U2 p; L7 t4 \5 L
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。1 a9 M2 [0 w# ?" }
: H' F+ d! f; M9 S- G) V4 k* ^) |. }5 W
4.1、输入特性:
- Z) X7 f' Y/ k1 [8 H* e% p+ I4 }: ]- O# A& d
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。8 }) W4 O! G6 q$ |$ }

! f* d( [" k# [; x! e2 ^& ^% Y2 g0 K% `4 M; ~) \
表1 待机功耗
0 a' x. C  T) Z: L9 a; P1 u/ J2 _
) c' t& R$ `6 `( r+ I6 B
表2 输出100%负载下的输入特性
9 {* v9 Y0 r- z2 D
; j) k3 f& p, r8 ~& a; Z
表3 效率测试(PCB 端)( S2 \" L: T/ @$ s! T
1 u3 u1 U+ f0 I
表4 效率测试(1.8m 24AWG Cable)0 {+ P. l) |' `8 c3 u) V
9 y: M0 ~2 G: r, k$ k& G) ^0 S- |  I
表5 能效等级评估(PCB 端)$ |% l! u, y4 m
: m. B6 S5 N$ G5 R8 S
4.2、输出特性:

; D! v4 t1 a/ l  n2 b. ]6 k% p/ y/ d3 O9 O! z6 h$ B; R8 j$ p0 X
4.2.1 线性调整率和负载调整率: (1.8m 24AWG Cable)
% k8 \' n! z. k. n
) k, r9 {- v3 L8 u

3 v$ l5 Z7 S$ I7 L0 O4.2.2、输出电压纹波:
9 U; y: H. b2 m' R7 Q5 t6 R) ]- M( {+ ^8 G5 H* M6 M' n+ _
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。
% @/ @( H! U5 Y! M6 U
7 t5 F; p" R' p. j/ ]9 c5 Q
0 B) L+ ]6 g/ K! i" s3 F
R&N @ AC90V/60Hz,No Load
# ^, E" U" x; ]! h
R&N @ AC90V/60Hz,100% Load

& T- U9 m, b4 s, d# I" Q5 p
R&N @ AC264V/60Hz,No Load
$ P$ I' ?0 Y: X! v' X
R&N @ AC264V/60Hz,100% Load
% r0 V- Y% s5 W, t( B0 T# j( l
4.3 保护功能:

# ~7 V' l" `9 D, o
: @, L" z' E3 P1 A0 ]& I以下涉及过流保护、短路保护的测试。
" `* s; I/ A, D. k4 y
9 w. i. G0 k1 y. K4.3.1、过流保护:
1 l* [% N5 C8 H" L" K" Z! E1 X) u
; Y5 x1 ^. U- n! `5 r
4.3.2、短路保护:
* A% E# f7 u  d! E. O8 _
7 |; ?( V1 J3 v+ E功率计电流量程2.5A,开启平均值模式测量。
6 a; [# g/ }6 V6 c. G+ o
$ s1 ]: D& q4 j& p3 @
3 e: S- m, l5 R. w. F
4.4、系统温升测试

% H0 T6 T# B7 n* b( I3 v! ~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。
" P; Q, g+ }# [8 Y! D

! P; `2 P1 |  y+ R% X% K. X) z
测试样机及配套外壳

6 n, P, r& v* f! q; v温升测试:单位℃) O  @, A, Y1 T0 g
8 Y4 j0 y5 M" t# K2 }' `; ?2 b
4.5、动态测试:' c* p2 a1 B) F0 p

- v, r- S% N2 ?, |2 S$ H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。. [8 o. G5 L0 L. r) j
+ m1 v( q* I/ E! I0 }
# a. I# q# O0 G
AC90V 5ms

0 F0 D3 s6 b; @" T& w7 x3 G
AC90V 10ms

" o7 i  R- M3 \+ ~
AC264V 5ms
& I$ ^" ?, ^& |% M' V1 g3 u
AC264V 10ms
+ ]. X$ ]6 Z$ [; o% p4 O
4.6、系统延时时间测试:
  [( A( ]1 ]) ^. P, X
$ `, m7 A+ b1 V* f, W/ p3 i

8 i, i0 k, x; |* y% m- @) x% q
TON_DELAY  @ AC100V,100% Load
- }1 H/ Q& H4 @6 Q
TON_DELAY  @ AC240V,100% Load
  T5 f# m+ f) Z! L
THOLD_UP @ AC100V,100% Load
7 z+ U6 Q/ T, X0 r( A
THOLD_UP @ AC240V,100% Load
* Q  _7 H. O1 y3 E
VOVER_SHORT @ AC100V,100% Load

: A: C( k: H! l
VOVER_SHORT @ AC240V,100% Load
) _( ~' Q- \6 o0 z8 }
4.7、其它重要波形测试:
7 r2 t! R6 t, [1 [6 p' ]/ G. s+ Q8 M3 k* ?
DRAIN(蓝色)端、CS(红色)端波形图:
! B9 V8 }3 M, r) g  i. V3 v7 v+ `, }
AC90/60Hz,100% load

$ z) L) N* T; G) K, Q
AC115/60Hz,100% load

% D  H4 I* g0 I; r8 v! g: M
AC230/50Hz,100% Load
0 \/ u& m; N2 O( y+ F
AC264/50Hz,100% load

9 d0 [3 N, Y# e7 q- }3 {
AC264/50Hz,100% load 输出肖特基电压

$ Z# H1 s0 _) A' P1 j0 L6 e5 A/ x0 W0 p
AC264/50Hz,输出短路,IC 漏极、CS 波形

, K, o! r/ a9 c5、 EMI 评估测试% ~. a8 B9 ^6 u4 b% o
' ]2 s# Y& P# V0 m8 O
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)
- i7 o9 ~! X6 t3 S- u; r4 e5 Z4 v0 o* Y: R* ]
AC115V/60Hz 传导L 相
- s4 X4 ]/ z; R/ U8 R
AC115V/60Hz 传导N 相
+ h9 {- H/ i8 S1 d6 u% w
AC230V/50Hz 传导L 相

: `8 C4 b; ]( L7 N2 d& u
AC230V/50Hz 传导N 相

3 C+ @! J% r$ I: b( e: b
AC115V/50Hz 辐射测试

- R% r: r4 `( V- v7 Y4 L+ v
AC230V/50Hz 辐射测试

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