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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
+ ?9 \( u* H& p+ [* \  H# z; u6 y; F9 b1 q- `, V- g& J
概述7 S/ m7 k' G' w

7 b2 V, U% T3 m3 a1 g2 Q: 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。4 a; K3 r) x3 m. b
' x* l! ~5 C/ @2 H% {
1、样机介绍
# e/ E& V3 O5 z7 X
7 s5 o" p1 M. s$ ^9 e  P% ?% M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。) e0 l/ a& z$ \" j6 c

0 R  Z/ p; a- x, L- w8 ~0 e; K
3 T" D! `: }0 u7 A0 }
) G2 G* x" s! d: M/ ?, B8 y
CR5269SSG_12V1A 工程样机示意图
/ O3 S4 d$ i! j
CR5269SSG产品概述! x* q9 {% H6 _* W

9 {5 @  R- X+ a, }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。
3 X8 G3 i  E1 j3 m
6 r5 v; d* f4 d* ?2 j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/ O' @+ X' g; ~# C
& J: a4 Z- O/ d2 O5 i, y
CR5269SSG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。
" m% r2 Y1 S* [) `% L; b
* F- }- l7 G! O芯片特性:( |" X7 b% W1 r2 B! Y
● 全电压范围待机低于75mW
$ ]% V; M+ d& z! Y# {' a● 满足能效六级标准1 c/ @9 q7 o/ h% ~: A# |* [
● PSM模式降低待机功耗
+ E3 [+ c5 X; u4 m8 A. P● 内置软启动( P2 }4 `* x  ?
● 良好的EMI特性: c( U  U- R' a. O
● 零噪声工作* R" L, Q! c* C5 k4 y+ J/ o& f
● 典型65kHz开关频率
: N1 k- a8 [) M5 _& d% W( e● 电流模式控制( L- r4 B. R; |, z. {8 N
● 内置斜坡补偿' o' ~/ U1 i% J4 S
● 内置前沿消隐9 r0 O: ~- ?$ u
● 启动电流和工作电流低& X( n  G2 X6 G. a2 O. T# p* E
● VDD端过压保护
$ g* W* I8 h2 {" z; v' n/ F● 过载保护1 i6 }& ^" c' X+ R/ `8 h$ p
● 逐周期过流保护
! Q2 {' E$ K2 A8 }● 过温保护8 t; f9 `5 |# a+ U3 p
● 输出整流二极管短路保护; q' _2 d! S' k0 y: L
● 四引脚散热
' L: w: p0 u% l- \/ ?& R6 \- \  L● SOP-8L绿色封装& z% g  ]/ G9 ~8 n5 O' U- C, j
: ?% z+ t6 s% g3 j
基本应用
' Y) {4 J! m- G" H2 K/ X  v' c8 w● 电源适配器
) _: W$ s: Y: J; J9 e2 l: a9 r● 开放式电源, ?; r  j+ X3 x" h$ X
● 数码相机和摄像机电源
; \. `  z9 F2 \, q5 k; p' W) |● 电脑和服务器辅助电源# E1 w5 J7 Y$ W+ G, l
● 机顶盒电源
0 f7 [0 x7 M) E8 `: L$ Z● 掌上电脑电源
+ o4 s, q& u2 y, N; t- t& e* y$ j( t8 w
引脚分布; o7 ^. P: e$ R7 |$ q* o" [8 z

" l7 t( P4 q3 r7 R7 G; G, U+ y引脚描述
' ^  C/ K2 V! w4 }* v% L: E
$ j& {% |. R2 [* H; G. D
典型应用$ U  f, @  u" k4 G7 M; n6 a
" O; B! F/ k4 W! V9 n+ h
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。
: ], J3 G; q% k4 @) U, q
0 m% C- N! ?2 l$ d+ H) s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。
0 g' W1 C* |0 b/ \$ O: d  b( ^' w# |- }7 m! q
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。& ?- ]/ @: r1 y# i/ ?
+ y" g1 W; g5 A8 _# n
2、样机特性% `6 W& J/ G- k9 s0 W0 L

/ ^1 m/ K0 e, m, m! C% Y* A  u- F3 P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。
: W8 e6 w2 \: {, n$ t
' x3 s* l* w# r2.1、输入特性:
  I; ]3 ~5 n. Y6 J8 X* Y2 Y1 C4 o

7 ?2 ~+ t& b' k2.2、输出特性(PCB 端):( [7 U, o5 E' g1 t' Q1 ^
3 r3 ^+ I( m* \, o
2.3、整机参数:; B9 t* ?+ Y- D9 u- G
1 y/ z& z* x  r. s! d) H; }0 A
2.4、保护功能测试:: g5 u; q% M' b% Q, A3 {. w3 T' p  K

) n% D8 p2 }. U" ]' }8 D1 t2.5、工作环境:- S" H) x' R7 H7 o

! a# r  a: b8 i2.6、测试仪器:, O# B' B( e- q- X4 I

/ t/ m' o; z" v4 @- b3、样机结构信息
+ ~4 e4 e* d5 @* C: I
" t% F8 ]' V3 }# N# T) Z% ^- r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。) ]  R8 A' p6 g  I

0 s2 Z: `- J6 R( _+ p5 G9 P3.1、电路原理图及BOM:
0 v4 a: K: L! I
7 F6 ~7 k* Y; X% W$ u3.1.1、原理图:! Z# k" ]! K  ~$ C, b4 P+ o& j1 I
6 c0 _: n( I" P7 y' y
3.1.2、元器件清单:
+ K$ j0 v8 D/ X% y- l& G. A8 n
( K. b) m8 ^; ^: i
3.1.3、PCB 布局&布线:
; X9 o3 z# i; F7 I$ v0 J7 C8 T" W- E0 F8 k" W  }* d4 U
PCB 顶层布局&布线
( Z3 w7 f: l, C& i+ L5 Y
PCB 底层布局&布线
- M3 i" f1 S- c' @
3.2、变压器绕制工艺:* E" ]6 B* [) q- b7 Z9 P
8 r, [- t4 }7 E" C; I) ]: x
3.2.1、电路示意图:
7 Z) ?9 ?5 t) x# ?4 }/ j+ @- W: B
. n! q3 ?8 Y# y% O5 e8 _, W
3.2.2、规格参数:
+ w# h5 l# G! S1 l; F- j2 t1)骨架:EE16W 加宽立式(5+5PIN),Ae=38mm²;( v, u, H) {$ {3 |
2)材质:TDK PC40 或同等材质;. g1 m' K9 |/ R
3)N1、N2、N3: 2UEW 漆包线;N4: 三层绝缘线;
8 g$ B8 p7 c* q7 s8 O4)次级绕组从变压器顶端进出线,磁芯接地
0 Z) K8 d& x) g5)绝缘胶带:3M900 或同等材质;6 E* G0 @7 x( u: j
6)初级绕组感量Lp:1.8mH±5%(测试条件:0.3V,10kHz);
, R# a& T  E9 @0 q- H) \7)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));% W, s1 [/ m' D$ ?+ Y
8)耐压测试= 3KV 5mA 1Min;
, Y1 U0 r$ X, ]* w4 l% o4 M: X0 {9)成品要求:浸凡立水;2 s+ Q% A, R! z& Y0 ], b4 e

( R5 ?0 d+ N$ [3.2.3、变压器参数:
6 q  N9 u# ?3 q
* E/ V9 f2 J$ W0 _8 S2 b1 A
3.2.4 变压器结构图:) M. z% R7 G/ b6 \9 s% G& g
7 _- H) i; c" T
4、性能测评) ~9 g- |' |# V
) H+ Y/ q" [$ N# \3 t: Y; y' ?$ Q
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。
4 }% X2 A' Z+ H' y- K2 f8 s
3 ~" N0 w' ~6 N0 s  X4.1、输入特性:
$ Z9 v6 q7 J5 `
- \2 z6 v4 n1 {6 D" c. y- [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。
3 {6 [! Z% S5 F" `4 T
0 p- W6 u9 Z+ T# B; r' O
. U0 ]5 l- |5 v) L. g$ C8 c表1 待机功耗
: g( L+ _1 H6 \* h' b- G2 n. c  |9 V
3 N6 K1 z! d5 u5 ~, q0 j; M
表2 输出100%负载下的输入特性+ v# E! T# I4 W. F

% k3 S9 G4 ?8 Z4 s( @7 k表3 效率测试(PCB 端)$ ~+ n$ \5 t0 ], t

# J. d/ j7 F2 P( m- U. K. s/ k表4 效率测试(1.8m 24AWG Cable)
, h  T# {, _7 y

1 v% I/ p8 X! \2 Y) [, I3 x表5 能效等级评估(PCB 端)) c8 i6 S1 _) P/ d9 H3 m9 x9 f
- W  f8 v3 @% ^
4.2、输出特性:

: H" y% S* x$ K$ B: ~) k& U9 t6 f) K7 }2 A7 V4 O9 _+ D6 M$ f4 t" R: y
4.2.1 线性调整率和负载调整率: (1.8m 24AWG Cable)
. u3 v. m' F9 b/ W% t6 }
) E* G( B! n3 i! X

0 ?1 S3 i( \0 z, Y. l, K6 Q/ M! Y4.2.2、输出电压纹波:
' F" k) U* h' }5 C& V$ f; `
) m$ b; D" ~" ~% J! p+ G5 P# {% f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。
* U$ g+ g3 z. S% [" r3 G3 m& U$ t) \. g

. p; i2 B3 f3 T6 R" J3 h
R&N @ AC90V/60Hz,No Load
7 J4 l+ y6 [0 d, B0 p
R&N @ AC90V/60Hz,100% Load

, q+ Q7 `/ X1 e& O7 `& d
R&N @ AC264V/60Hz,No Load

' w9 M- R9 `; y! B3 I* n$ b3 _
R&N @ AC264V/60Hz,100% Load

: d) d3 b" l! t* a* m5 `' R  `4.3 保护功能:

$ }$ g( K5 F) x9 m/ o0 S" ]5 s% m- `3 @& z/ D7 [5 `7 f
以下涉及过流保护、短路保护的测试。
5 q: A# |) \  }) X$ c& k# w/ w$ i/ m5 _! N
4.3.1、过流保护:
6 G8 m; d- @7 A

$ g  K- C- F) X4 ^; t' j6 J4.3.2、短路保护:1 g$ @% O- u4 G" B  r
* q/ l2 o+ b9 u1 k; l
功率计电流量程2.5A,开启平均值模式测量。
* J  d; Q# ?3 G$ E: v  J, s
1 K. R8 b8 G: o8 R
7 ~$ c% E3 E- n# M
4.4、系统温升测试
; u0 s- D6 a' _+ F3 i$ 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。  S* C# `9 w2 k

. O+ ]9 }) G" @/ z' w; }6 G
测试样机及配套外壳
4 ]3 H0 k- N; V. ~4 @- R: z
温升测试:单位℃
5 M8 P5 [; K& x7 Q! L+ s2 i- m9 t
. z" C; }+ |1 T4 P
4.5、动态测试:
7 }7 M, c" i. l' G- x4 G. s( K% Z3 q4 K! g' k' C( \2 @5 j! u1 Q
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。. V7 }' H$ J4 Y, |  w( V

$ w. R. `+ z% c* J$ l  N; Q

! G7 J8 D$ Y% m) c
AC90V 5ms
' x) n5 n/ Z4 \! k
AC90V 10ms
7 S! z4 _7 e+ H3 w/ O5 m
AC264V 5ms

+ \4 M  A2 J" w
AC264V 10ms

$ `0 m7 {- q2 m3 Z4.6、系统延时时间测试:
, Z% E, c- O( t6 v6 K/ j9 ~# [: I9 ]; p' }. m3 k" F& r
4 A, ~" \, d9 Q: E) A! ^
TON_DELAY  @ AC100V,100% Load
% @8 `; B' `" }
TON_DELAY  @ AC240V,100% Load

; I0 u" Y- _7 G2 V4 K4 w
THOLD_UP @ AC100V,100% Load
6 L0 @( ^' d3 _, M+ ?2 Y1 T. m
THOLD_UP @ AC240V,100% Load
. j. n& u; P' t! D* \
VOVER_SHORT @ AC100V,100% Load

- _( S! Z; k% o! k1 e. S0 i: T
VOVER_SHORT @ AC240V,100% Load
4 T. I, l2 f% L, H. Z
4.7、其它重要波形测试:
0 U9 i# C) N1 A( t
' W( e4 \) S" A# R; z; }5 TDRAIN(蓝色)端、CS(红色)端波形图:
$ I0 {: Y! h3 `7 j" Z
, B& Z1 e* L& v% P
AC90/60Hz,100% load
" h# U+ C0 t3 F& I* N0 o7 M- e2 Y( `
AC115/60Hz,100% load
# |# Q( c) L4 Q& _! w8 S. U/ s7 W
AC230/50Hz,100% Load

/ }4 r8 E# d9 ]" s8 T
AC264/50Hz,100% load
+ v1 B+ K; f" k* y
AC264/50Hz,100% load 输出肖特基电压
2 m: _( l7 k& ^8 C' n
AC264/50Hz,输出短路,IC 漏极、CS 波形

7 ~& |' _* M  U- i5、 EMI 评估测试2 z1 h! V! k2 d" G' G0 R0 X0 X# i

, g& p, P# }: s4 Q/ I# P% p8 Q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)) Q4 L# N4 X$ M# {, Q4 ]* `6 \
+ S! K3 b+ o6 z7 K/ v
AC115V/60Hz 传导L 相
  E# T, O; x  g" d6 j/ H( g5 u
AC115V/60Hz 传导N 相
4 Q6 [. |7 N, \' u. a3 u: W
AC230V/50Hz 传导L 相
* m: w/ n8 s" t% |
AC230V/50Hz 传导N 相

/ W( @8 d. S% f. `( G; @- H
AC115V/50Hz 辐射测试
- A3 x7 v) V9 `9 n$ Z$ j7 D
AC230V/50Hz 辐射测试

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