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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
7 n9 v  v& Y0 b" \  }  Z7 G4 Y$ V8 s5 K. i3 O
概述' z7 G% T7 X) T( I+ H
5 {; V8 j1 s1 }% s2 B+ G
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。$ @$ M- J5 a5 C8 g* f' F
, R. ]5 V/ i4 ]9 E3 s9 R
1、样机介绍/ g* S) i/ E: f: Y+ p
& G$ e7 {7 e- _4 f. w* }3 T
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。
' u3 G  q! J* Y4 b
5 t9 z0 H  x1 ^# J6 m7 U2 ~# e' I. w

1 M3 x* |/ s6 I: c% Q9 J  o1 z  C! k

8 k: X( p+ D7 U2 @+ r) N
CR5269SSG_12V1A 工程样机示意图
: q! y% j, t1 H  |( z; Q+ F9 T" o
CR5269SSG产品概述
, B* [! o. q) ^/ r# M% ^, D6 G+ a4 d# S& H. f6 z
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。
4 l+ f* |- u0 r0 G7 v! K- L
2 X% o/ O- f1 X( t7 s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。! s% B5 T2 h- O1 W3 }. q

; @, s3 j4 z% L# N5 Y" x7 FCR5269SSG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$ O$ d' j$ b2 X4 T4 e1 j
9 o5 d% h' G9 }1 U
芯片特性:
- ^4 `/ P1 O7 a# W0 E9 w$ P$ R● 全电压范围待机低于75mW: |' I) A+ k, |4 r/ V1 t& w
● 满足能效六级标准" {$ b7 Y! Y- {0 J  R
● PSM模式降低待机功耗3 Y8 y  l& i# O1 r7 L* l/ }
● 内置软启动% h7 Y2 P& R6 R9 T8 t( T5 P
● 良好的EMI特性
  S- _7 H, e7 f# M● 零噪声工作3 E3 e# |2 [# [4 s
● 典型65kHz开关频率
2 y' B3 |; r  @/ j' E● 电流模式控制
( I6 M$ B$ F$ h4 m2 |6 o" X● 内置斜坡补偿' |: l4 @( g& ^9 J: S/ i. j8 N
● 内置前沿消隐8 ^$ J# t, S9 ?6 S, x
● 启动电流和工作电流低. g! n5 ?2 Y/ o4 K5 `
● VDD端过压保护7 q) ?2 N' g# X) n
● 过载保护
- A! P* g9 I7 v$ C9 a3 ~● 逐周期过流保护
4 Z4 e0 Y. W  W5 C" y+ s6 }● 过温保护
8 I1 [5 Q" A8 Y● 输出整流二极管短路保护
1 V/ [) i2 o5 b) }" j● 四引脚散热
* e' h6 X" w3 J" n% ~+ F" s● SOP-8L绿色封装/ O5 s% M' [1 T) ?4 \- A  ?

! P" w; N) g% j基本应用
/ P/ l4 V; Y8 B: a● 电源适配器
5 ^* ^7 D/ d% U1 d& ]0 U. X● 开放式电源
- w. w8 U1 ?7 w/ G5 U● 数码相机和摄像机电源
7 U) _, @& A* W% N/ A/ p$ |+ S% l( T5 w● 电脑和服务器辅助电源
* a* v/ _5 W: w9 x' h, M● 机顶盒电源
0 c  [, `. Y3 r$ n! o! G● 掌上电脑电源
* L( X1 O/ r5 F- ?' r( K3 t4 k$ d/ \8 _2 A/ D& h) M
引脚分布
+ D6 u4 N( b9 V. r' Z
7 k% M# F- m. y. o
引脚描述
3 O5 M% G3 u# H7 k

$ V: x4 k- w1 w$ L; W1 b& L典型应用$ v9 c- D7 v' L" f6 t9 S2 c
7 u1 P7 W. m) q2 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。! u- d! K; b: i5 r+ N- j
8 {' t- M6 a' t3 @8 U5 c
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。) R& r6 U4 r( K7 R$ ^& T
0 Z3 y8 x+ Z& [3 Q6 }- e
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。
- }2 j% |' m' Q5 w; ]+ l5 l% V; I3 |3 z8 a6 [6 v
2、样机特性
7 H; h4 k% O5 m1 x4 m5 V2 G5 ^% F' l) T& B. k1 S; |
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。
! O, W( U$ Z; }7 c3 e  y" F: e1 `; X+ E& n, _. _
2.1、输入特性:  M4 ]4 s5 r* X
  `% y7 y( |! z, N
2.2、输出特性(PCB 端):
3 ^8 c' u$ u( n& o+ i. R7 N) m
3 G; k% T$ B( F! J* S* S
2.3、整机参数:" \( v3 w: i! n% Y* |- {

" i* W% n0 o* ^" ^4 X! |2.4、保护功能测试:  w. F+ p( {. C1 k, k
  A& r) x. i8 i+ x9 W0 x
2.5、工作环境:+ p( ~$ m+ N* w

: R$ D" Y; W3 s9 t2.6、测试仪器:
+ `3 v$ L; F0 N- I' ^
: |5 m' a. H: X0 N- A
3、样机结构信息/ `* O. d! ~3 z$ ~

. ]) l- f* X8 s. K0 ^3 R1 H) e! 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。
8 @  i. d7 o8 ?: O4 x( v
9 j9 a, L8 n# _0 a! F3 |7 P3.1、电路原理图及BOM:
& \9 ~7 _( H" G+ y
! d9 l2 c# m0 Y3.1.1、原理图:8 _% t. S! u) S% v# y; l% J

9 Y. {2 D; {6 j& f! w3 P3.1.2、元器件清单:* A. T6 p. N1 J
( ?! L4 c. u( x9 e2 b' f
3.1.3、PCB 布局&布线:( w7 Y  V# h+ s8 @% o6 n5 X

9 i+ b7 j; C8 S
PCB 顶层布局&布线
* H! \8 M% G( d) k7 p9 }* f
PCB 底层布局&布线

  O+ O7 p. g5 j$ ]* X  X3.2、变压器绕制工艺:. u9 _! [% C7 }$ P: l, V
# O4 q: i. x9 v
3.2.1、电路示意图:
2 T/ p- c3 p1 |6 _& |2 F3 I8 r1 t
% w6 f  ?3 m' U
3.2.2、规格参数:, \' p2 y: S) C8 `3 B, f  m( z4 Z
1)骨架:EE16W 加宽立式(5+5PIN),Ae=38mm²;+ F( M. t" ^, ~% i' D- L
2)材质:TDK PC40 或同等材质;! H2 C3 v, @8 n) d! N! v
3)N1、N2、N3: 2UEW 漆包线;N4: 三层绝缘线;
9 m. q, x5 i! Y1 M: R" n2 W4)次级绕组从变压器顶端进出线,磁芯接地
1 m( `4 k( c* F- R2 z6 a5)绝缘胶带:3M900 或同等材质;& i$ H/ z" ^9 o
6)初级绕组感量Lp:1.8mH±5%(测试条件:0.3V,10kHz);
" e1 W, l' v* \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));
2 O5 s, b; D& X6 @' k- r8)耐压测试= 3KV 5mA 1Min;
% A  d: t4 W) k" G! @9)成品要求:浸凡立水;3 Z; W5 r4 e: }9 r
8 N$ @# t0 A, v8 r: J4 V3 T. W, W3 b
3.2.3、变压器参数:' Q# g  s+ R! |8 G" R/ S; p2 v, |( V

+ ~% @2 j+ V' b- Z% E  D4 z3.2.4 变压器结构图:
  e* g8 c6 j4 o: P" h6 B

9 E, R! R1 g3 P$ q) I: D4、性能测评
% u$ J$ e" h$ f* ]
, q0 o: t% b0 Y7 S7 n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。0 ]) A( I0 d9 A* f  P
6 P7 ^- g, ^3 A7 ~
4.1、输入特性:% M$ h$ r* B& ^, n  ^

  `7 ?& G3 z) x4 q% U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。
  {6 @" k$ M3 B6 \8 X" j( \1 z# f5 l) k4 C# Q' L1 G5 _/ V
( ^5 R, \, L: r$ t
表1 待机功耗
  l0 @; [+ a7 }0 u& h

+ S* @- I$ D3 I2 C5 [+ _! j表2 输出100%负载下的输入特性8 G& J  N! Q$ B' A

, @6 p7 T+ {9 g! F表3 效率测试(PCB 端)
3 P6 \# s  ?1 w# n/ A3 ^

; O; r2 k4 x) I表4 效率测试(1.8m 24AWG Cable)
* g3 h6 j) g9 A9 |1 J

, o5 T8 b; `5 n: a/ \表5 能效等级评估(PCB 端)! G% f( b2 d- V) t* j6 i% R
" d! {' C+ D! b1 ]' {* r
4.2、输出特性:
3 ?# C$ }0 U8 W( ]0 {

& a: Q+ a1 ^" }0 u4.2.1 线性调整率和负载调整率: (1.8m 24AWG Cable)5 C4 W/ Q- a* g" t
! `; M5 l* x2 I; s

/ B* r1 a# _1 z7 S# F# \4.2.2、输出电压纹波:: r7 ?" h: h& x* v; Q
+ I$ s: z& e. A& v2 ^
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。& |4 R8 e" S5 O3 e7 S, z
" v$ H+ V2 S* A& f8 ?: g* y

3 B( [) \% W8 i3 K* A( k
R&N @ AC90V/60Hz,No Load
6 _1 |( V2 E! a2 I( v, `8 z
R&N @ AC90V/60Hz,100% Load
, w) n4 Y0 Z& o* B3 d. J
R&N @ AC264V/60Hz,No Load

5 V. e) Q+ i2 Y* m/ ^, I
R&N @ AC264V/60Hz,100% Load

7 d- d! ?* s* f( a- w! |4.3 保护功能:

: i6 V. |: I! w" T4 |4 j9 ~1 z/ [
, G. M# w* a; Z4 L3 m以下涉及过流保护、短路保护的测试。$ x) E, Q( V$ Y, d5 }

5 C& \0 Y0 w) }4.3.1、过流保护:
% [( x$ y1 i6 h+ C( f8 ]. f: y
. ]9 D% r6 a, Y5 t  `0 @6 u2 O$ Q2 b
4.3.2、短路保护:
- Y$ x* B, Z. q/ K. [6 ~' l% I& A* e1 {7 ]* p" c; @" P
功率计电流量程2.5A,开启平均值模式测量。
5 ?- \6 w% c% C8 @2 t" j% J
& f2 l7 k0 |1 k: A

6 y) H8 R" ]0 l5 [. ~4.4、系统温升测试

6 d+ q% S, m' |! ]7 K0 W! p- y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。
3 R- y* \% |# @) Z) c
0 ]; t7 V1 O* q( g/ c
测试样机及配套外壳
* c) h( l9 F% |4 u9 V) \( {
温升测试:单位℃# b. U3 E8 [/ `: j$ y. M- j' v1 ]
( i4 P4 d+ w. {  \. S
4.5、动态测试:- F7 i5 {; H5 O+ N$ \
9 F' X' g: `8 c
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。6 O; i+ u, M8 _7 @, u" u% `
7 ]9 l& S0 W$ g: G0 V+ P
! W7 k+ q! C) O. A
AC90V 5ms

  q0 u3 `  \# B" d+ V5 y' q
AC90V 10ms
; e9 X& e: _, O3 p
AC264V 5ms
6 t, _( n# [, {1 p
AC264V 10ms
- R) I2 K1 b" C* P
4.6、系统延时时间测试:- T5 z# X* Z/ D% x4 E; W

7 `: X7 z! H2 z; j- q
+ i4 `( @% F# r* q, X& i
TON_DELAY  @ AC100V,100% Load

4 r& S8 b; Z1 G+ A
TON_DELAY  @ AC240V,100% Load

: [2 |: J6 G- j- U7 s8 c, m
THOLD_UP @ AC100V,100% Load
* m+ ?% d* i# E9 j) B
THOLD_UP @ AC240V,100% Load

& k7 o& O* s1 k& x" w9 ]
VOVER_SHORT @ AC100V,100% Load

, P- [: t3 G7 f0 v
VOVER_SHORT @ AC240V,100% Load
8 _3 Q6 P$ ]( \: a, A2 c* Y
4.7、其它重要波形测试:
7 K9 f, f1 j1 N/ w/ C5 }; x0 t3 e$ Q5 h, e( C9 V* y
DRAIN(蓝色)端、CS(红色)端波形图:3 @/ S; [2 v& w; V7 q0 ~
7 e; Q3 ?2 h( z3 a7 d% A# }
AC90/60Hz,100% load
% J" \+ O; A. k8 l  L
AC115/60Hz,100% load
* ]8 M8 y1 v6 C, f3 I9 Q
AC230/50Hz,100% Load
; ^1 |/ }4 C, |
AC264/50Hz,100% load
4 Y7 Q9 |- i0 a: ~8 F& m
AC264/50Hz,100% load 输出肖特基电压
/ k: F. ]0 t1 j# @
AC264/50Hz,输出短路,IC 漏极、CS 波形

2 F1 P! p8 z& M0 {8 Y5、 EMI 评估测试
7 S+ ?9 L. v, V7 h& r1 e9 \$ D" g) \) s; e" t
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)) ^, I# w5 k' w8 \$ [9 L; I

% Q5 S; ^' T" f8 Q2 x6 y% H
AC115V/60Hz 传导L 相
8 f: X8 W+ F5 o( M6 _" _/ _( W
AC115V/60Hz 传导N 相
! Y1 h! G! h5 C+ w3 t7 A. P
AC230V/50Hz 传导L 相
2 U# C( H9 g; _" m7 o5 \
AC230V/50Hz 传导N 相

/ e, x3 @) C8 E/ t
AC115V/50Hz 辐射测试
6 j  O* i; j7 v( ~
AC230V/50Hz 辐射测试

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