电源适配器如何实现绿色高效，稳定性强？试试这个方案呗~

思睿达小妹妹

概述

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。
+ S8 G. _" x; R7 f
+ m( b0 q4 L, q" Z5 p( M& n8 `2 l1、样机介绍
7 z, i, h% U9 A9 _1 l
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。

CR5269SSG_12V1A 工程样机示意图

CR5269SSG产品概述
4 X+ E( n; X$ J
6 ~- ]( v2 u8 P+ q/ C, JCR5269SSG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。

& |- P$ r& n; S6 U6 T% H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。
4 ?$ ~6 K5 z0 Z. H  o
/ C* p2 |1 V! w; Q8 n1 j& Z1 P5 OCR5269SSG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。
+ u0 `$ W, I! l& a4 T  `9 _
0 y& t' ]' i0 T3 b7 W$ t5 t1 E芯片特性：
3 ^# m( g/ I: L, N- v8 e6 S' s● 全电压范围待机低于75mW
. V  A) {0 Z, e0 v3 F: ^+ j5 W/ x● 满足能效六级标准
● PSM模式降低待机功耗
● 内置软启动
% ~# e/ k- b- u% ]● 良好的EMI特性
● 零噪声工作
! ]2 m- ~" s+ s- `( {! c2 k* p8 p● 典型65kHz开关频率
: y/ ~" K: N0 L+ k  N' o! V3 s6 w● 电流模式控制
; @# E% u9 w5 R; a& Z* @● 内置斜坡补偿
) j, x9 S7 p# x2 S+ ~1 k● 内置前沿消隐
8 A" y) b  f' p& {" T' v& E4 c" h● 启动电流和工作电流低
● VDD端过压保护
/ e: k& U6 N* Q# G& E● 过载保护
  H' E5 h- [4 H. F● 逐周期过流保护
● 过温保护
● 输出整流二极管短路保护
● 四引脚散热
, d8 d: y6 ~! i● SOP-8L绿色封装
* {( K  `3 t7 I
基本应用
● 电源适配器
+ X2 L: f( A) P% K/ Z5 K& A- |. ?● 开放式电源
) W# f8 V5 p) ]* z% ?" E# G) J● 数码相机和摄像机电源
● 电脑和服务器辅助电源
● 机顶盒电源
● 掌上电脑电源

0 g% N9 b5 |1 @1 m引脚分布

9 o9 g: @: V( h" ]$ p6 G引脚描述
: W1 K- |' i! T: g  }. D- W

6 Y% }- i( _7 P: T; \2 r! }典型应用

/ J) |. ~" w6 p/ ?6 {. I* w" P8 k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。
4 L6 }  L, Y6 J4 O. x  D
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。
  q5 x, W9 Q  `* A. S- l& J& t& B
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。
! S# D4 r' K, @  E* i" ^3 }1 L8 B4 C
+ m) g7 z" K4 a" @2 f1 u( `6 D2、样机特性
. |: V9 c' w1 V$ l8 S; w; `7 L
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。

2.1、输入特性：

$ p  M; {* q9 i1 h2.2、输出特性(PCB 端)：

9 ]( Q  M8 V/ P1 r5 P5 L2.3、整机参数：
9 g% c+ |' ]; T# [, d

2.4、保护功能测试：
; ^* W$ i( l! M& l" I2 S

2.5、工作环境：
4 m% x# q3 A) [5 y& @. y

: L& d3 i3 J1 f* V2.6、测试仪器：

: H7 R* [( h: f5 w" e) v" F3、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。
  l. A4 b$ s& v) u- p9 T
3.1、电路原理图及BOM：

. t2 }: c* B5 m* Y4 n( @4 V. b3.1.1、原理图：
) u9 r8 {  k/ O4 W

0 E/ v/ K' V% [9 A5 U8 F3.1.2、元器件清单：
" s  B& f! k: U! |% L, G' p

8 a6 \' f& [% `/ A3.1.3、PCB 布局&布线：

4 O& ^" G  d9 T; X

PCB 顶层布局&布线

PCB 底层布局&布线

, U) D$ j" F' H+ V3.2、变压器绕制工艺：
: `/ l; s# P( z$ Y1 H# A: t. \
3.2.1、电路示意图：
/ r% y1 Q" x$ a2 \! U) b  w

4 Q8 ]8 W+ _0 O! ?( r3 K. J4 }: y3.2.2、规格参数：
4 M3 n% [7 R7 u- @  s1 Y1）骨架：EE16W 加宽立式（5+5PIN）,Ae＝38mm²；
2）材质：TDK PC40 或同等材质；
3）N1、N2、N3: 2UEW 漆包线；N4: 三层绝缘线；
4）次级绕组从变压器顶端进出线，磁芯接地
5）绝缘胶带:3M900 或同等材质；
7 Z$ y5 f$ W  U$ P; L6）初级绕组感量Lp：1.8mH±5%（测试条件：0.3V，10kHz）；
+ o* m% v% X; O7）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）)；
8）耐压测试= 3KV 5mA 1Min；
% x: F+ Y! x, n5 h* S8 l* s9）成品要求:浸凡立水；
- }6 F* {2 O* y  s3 d
4 u; f" C9 |0 y) _! B+ m: ~% d3.2.3、变压器参数:
. L1 ^* l9 D5 t+ X8 \7 B: N4 L( k

3.2.4 变压器结构图：

/ `9 h7 X; ~3 W, U' o" ]0 f9 R9 q4、性能测评
; m' V9 J* Y/ V" Z1 g/ \' W
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。
: P3 w" j$ h: @) W
4.1、输入特性：

% |+ z# K" d, `- f/ b3 }+ |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。


表1 待机功耗

6 q/ @9 T' C) O; b+ W$ V5 _表2 输出100%负载下的输入特性
  |2 b8 U; n3 N+ I

表3 效率测试（PCB 端）
5 x/ P0 P% n; b' E& u7 u& _

表4 效率测试（1.8m 24AWG Cable）
- \3 P- F! t1 }: r& Z

' ~; Z9 m7 g& q8 d) S表5 能效等级评估（PCB 端）
' g+ O  P2 W2 f' v: A! w6 I9 {/ v

6 r) @: I& b) {/ T1 e& U4.2、输出特性：

4.2.1 线性调整率和负载调整率: （1.8m 24AWG Cable）
' `) S) F4 d3 J2 r

  ~* l, P# s! m  s0 X2 ~4.2.2、输出电压纹波：
, u" ^, Y% V) P; ]8 ~3 R9 l
+ ^( H* W& t8 q/ H' B$ @6 B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。
2 M; x4 F7 t% y2 a) U/ k6 x

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

- @! h: E2 T1 L  I' W5 C

R&N @ AC90V/60Hz,100% Load

R&N @ AC264V/60Hz,No Load

( n7 v1 i. h. w5 Z2 \5 ?8 b

R&N @ AC264V/60Hz,100% Load

4.3 保护功能：
- G+ ^) l" Y/ Z1 W3 n
以下涉及过流保护、短路保护的测试。

4.3.1、过流保护：
1 H6 F  ]6 {4 e

! e: m$ e3 k+ j% I3 T4.3.2、短路保护：

功率计电流量程2.5A,开启平均值模式测量。

- D, k! Q* @$ J7 G/ l" n  V
% z+ j6 F1 X* W3 r6 ]$ V4.4、系统温升测试
; y3 X# X1 Q$ d: Z3 K1 u+ L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。
$ F! }! A% m4 P

测试样机及配套外壳

9 ^; a+ n8 M# B' O; M0 D温升测试：单位℃
6 G$ z! C& M1 B0 M

4.5、动态测试：
! k8 I' z9 u) O: T4 w+ ~+ o
/ N$ b6 r% K9 Q% t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。
! b* }4 g& b) _) ~+ A

, F# w% \; _' x+ H7 a; W8 E* g9 A

AC90V 5ms

AC90V 10ms

/ [3 @! X; S4 ?

AC264V 5ms

AC264V 10ms

( }' H; i8 Z' [' h4 v: U1 d2 W$ Y4.6、系统延时时间测试：

TON_DELAY  @ AC100V，100% Load

TON_DELAY  @ AC240V，100% Load

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

0 h/ w  n$ ]6 E2 X! `; m7 t

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

" ]7 S* v- t" m( F5 U! L

VOVER_SHORT @ AC100V，100% Load

" f* g# |# o! u9 y& G+ a* ~

VOVER_SHORT @ AC240V，100% Load

. s- n8 f% ?: b; u5 o6 Q4.7、其它重要波形测试：
# F+ t" J% \+ I2 w" {7 o2 g  v* \
DRAIN（蓝色）端、CS（红色）端波形图：
" u& T" r9 U  |1 H( c; X. h. i
7 z9 j# w$ @5 u; z9 }2 k0 `! f) b

AC90/60Hz，100% load

! O. V4 N8 c4 c0 p1 B

AC115/60Hz，100% load

( y* \/ ^/ s% |. a: N/ v& f

AC230/50Hz，100% Load

AC264/50Hz，100% load

( ~/ D4 i. z7 h, E/ i& Y

AC264/50Hz，100% load 输出肖特基电压

/ L% g' X9 u: X8 ~/ M

AC264/50Hz，输出短路,IC 漏极、CS 波形

$ R) \$ U+ Y1 Z2 [% Z5、 EMI 评估测试

& }) K1 E! q8 `3 I) [( A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）

; y9 o$ A# L% x

AC115V/60Hz 传导L 相

AC115V/60Hz 传导N 相

3 I" P( D% G4 ^/ `% V

AC230V/50Hz 传导L 相

AC230V/50Hz 传导N 相

AC115V/50Hz 辐射测试

* a- n" j% D' E2 ]" G2 P

AC230V/50Hz 辐射测试