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

+ M2 [  A. n/ A- @( a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。

1、样机介绍
8 m' E( T; K& u( ~* H, _2 @
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。

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CR5269SSG_12V1A 工程样机示意图

CR5269SSG产品概述
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2 k. G* l. q  s/ ?1 K3 f/ vCR5269SSG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。
; [" j4 V' [) L1 u, s% y/ }
' G% R7 c; |% v0 g1 n+ P# n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。

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。

- B5 _2 r- q: d- R- ]芯片特性：
, N- A! T9 i& Q  h2 A● 全电压范围待机低于75mW
● 满足能效六级标准
● PSM模式降低待机功耗
5 _# F4 ?9 A5 H3 {& @6 E" s● 内置软启动
● 良好的EMI特性
, T( H# z6 t# [7 A5 m● 零噪声工作
. ~  \7 q4 R% f6 H! ?● 典型65kHz开关频率
● 电流模式控制
9 K5 U7 Z0 ?* L  L. l: A" |● 内置斜坡补偿
● 内置前沿消隐
● 启动电流和工作电流低
9 f: [0 u5 v/ T9 s& ]. A6 @● VDD端过压保护
! k7 e" B! k/ k: b! B# r● 过载保护
, _  v  D) ~  t! Z+ S' Y0 V● 逐周期过流保护
1 f( v7 x- a! X% u2 t+ `● 过温保护
" m9 u# Z' ^+ i; z7 ]3 b● 输出整流二极管短路保护
  `% Q0 u' `8 K- D" ~● 四引脚散热
# L& E! w- L* w& ?7 a0 l% d6 F7 z9 n; c: _● SOP-8L绿色封装
' ]' j4 m2 y4 T2 O7 a3 `
基本应用
6 |, T* ^1 x* u9 k- R0 T2 f9 g● 电源适配器
$ M4 j9 \) h( n+ a● 开放式电源
2 y0 P; w2 h  C1 q$ X$ j3 d1 c: W● 数码相机和摄像机电源
8 y8 f1 n8 F8 [$ ?● 电脑和服务器辅助电源
● 机顶盒电源
● 掌上电脑电源
  ~3 y- W) }, v2 D
引脚分布

. o  f) o8 u$ h5 K* h/ r引脚描述
' T+ e0 Y& P$ w7 e

典型应用
6 G3 w# T# Z% p, b$ a# S8 j

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。
  B+ d6 b7 e: 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。
! x# S6 w& B* j5 J' A0 r. e2 o
9 ?3 v9 Y, Q$ N5 c! p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。
. v+ A6 h+ X7 \/ ]
2、样机特性
2 c& }: X$ O  Y$ k# y
. |; }3 W+ {- c- B# J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。
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2.1、输入特性：
$ q2 U0 D& m" v' P+ {

2.2、输出特性(PCB 端)：

2.3、整机参数：

2.4、保护功能测试：
6 l7 d8 s. m: U( z. V. b$ h

" ]% _! P+ a7 b) t2.5、工作环境：
% i. h: `) `$ B

+ @7 s3 Z% @8 C; l% U' N2 ?2.6、测试仪器：

4 b/ D) }" U" b) ~1 q. P* W& F  Q3、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。
0 w+ H+ m0 W- l) t
3.1、电路原理图及BOM：

: u3 D, B! z) q3.1.1、原理图：
" c% w) M  G* ]5 f0 F5 r. \) F

3.1.2、元器件清单：

3.1.3、PCB 布局&布线：

PCB 顶层布局&布线

PCB 底层布局&布线

* q3 q; {7 J9 k5 T3.2、变压器绕制工艺：
1 ~0 Y8 u% y2 O( n
3.2.1、电路示意图：

3.2.2、规格参数：
1）骨架：EE16W 加宽立式（5+5PIN）,Ae＝38mm²；
7 ~* R5 K& X% i) K& A% M2）材质：TDK PC40 或同等材质；
9 G1 N. x; V1 }& n$ Y. Q7 N3）N1、N2、N3: 2UEW 漆包线；N4: 三层绝缘线；
( R  A( L6 P+ z8 j+ w6 s/ R# d# x4）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；
6）初级绕组感量Lp：1.8mH±5%（测试条件：0.3V，10kHz）；
4 a1 Q% I; m. E: I4 ?3 \  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）)；
/ I6 G& i3 p  J3 h) y8）耐压测试= 3KV 5mA 1Min；
7 v6 `+ N. ^  R2 w9）成品要求:浸凡立水；

3.2.3、变压器参数:

7 t) a  _6 @. v3.2.4 变压器结构图：

7 q" b+ o  _4 o1 \* B4、性能测评

- c" G! N$ {3 S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。
$ q$ \4 C3 l4 Q8 l
4.1、输入特性：

) P- y4 x  |8 O$ ?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。
7 X. V5 |# T* n& A
8 T: f: ]3 W( N4 J, w" T/ W
  c3 m' K4 `2 a5 b表1 待机功耗
  r8 j) v% Q! }, d7 t0 W: c

0 z. P8 A# J+ J4 t表2 输出100%负载下的输入特性

表3 效率测试（PCB 端）
7 k* A, `% m$ I. I' x+ K

表4 效率测试（1.8m 24AWG Cable）
' L9 G! o$ m9 l9 P( u# @! J

表5 能效等级评估（PCB 端）
3 f: Z' ~3 E: ^

1 U3 d$ F9 M5 O& G# Q; P4.2、输出特性：
! ~3 ?% R% F3 x
. M' e* ?# v: F5 y7 ?; B4.2.1 线性调整率和负载调整率: （1.8m 24AWG Cable）

4.2.2、输出电压纹波：

" k" k) e  t. L7 \* G4 M* z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。
+ \$ q$ Y+ @  i3 p5 c
  e" _) E# P0 F

: S* f+ D9 A7 h' V

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

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

R&N @ AC264V/60Hz,No Load

. S% o' W" \4 S, ~# d

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

* l% _( ~' k2 ~6 f2 h$ y2 C0 Q4.3 保护功能：

2 M, s8 ^/ K$ {8 F. P8 C% D以下涉及过流保护、短路保护的测试。
: I# W3 D# k! [4 l9 S% w$ o7 b
0 T- I1 D, T6 B, j# v4.3.1、过流保护：
$ l" [- b( {" [$ ]

4.3.2、短路保护：
9 ^2 ]8 V5 }# T
功率计电流量程2.5A,开启平均值模式测量。

! F: s6 z( [# k  C- m3 m
4.4、系统温升测试
1 Q4 K* T, L+ Z8 L) B' S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。
) d1 n3 s) G; ]6 q- u

测试样机及配套外壳

( Z9 N; }$ f0 s0 f温升测试：单位℃

4.5、动态测试：

/ h/ _" @* z2 ~  e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。
4 s" R% m: H" ~0 ?
3 A) X9 h7 E: x! m! b

AC90V 5ms

AC90V 10ms

; F, Z. G; Y' D8 `$ V3 u3 G% P' i

AC264V 5ms

4 F$ w( v/ R% R: Q$ @  j

AC264V 10ms

4.6、系统延时时间测试：
! l' q: [  M, p' N% Z! T' |- B  G4 v

TON_DELAY  @ AC100V，100% Load

TON_DELAY  @ AC240V，100% Load

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

1 d/ y; ]) q' s1 h

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

0 ^# T! w6 _( ]; p

VOVER_SHORT @ AC100V，100% Load

VOVER_SHORT @ AC240V，100% Load

8 Q8 C. O1 g3 ^* v7 Y4.7、其它重要波形测试：

DRAIN（蓝色）端、CS（红色）端波形图：

AC90/60Hz，100% load

$ s4 A7 U+ j0 J) b

AC115/60Hz，100% load

' F( `# _: t6 @8 S# S; y9 W

AC230/50Hz，100% Load

+ Z" @0 Z( Y* z6 i

AC264/50Hz，100% load

& V" E9 g4 C/ a/ |

AC264/50Hz，100% load 输出肖特基电压

% J, @6 [7 G2 j1 Y& T; `& o

AC264/50Hz，输出短路,IC 漏极、CS 波形

5、 EMI 评估测试

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）
" D# z2 u6 G# p) Y* R# C" |1 C0 Y

AC115V/60Hz 传导L 相

AC115V/60Hz 传导N 相

$ i1 _: o; t1 A; q4 K5 G  [

AC230V/50Hz 传导L 相

AC230V/50Hz 传导N 相

, o( E' a- K0 s

AC115V/50Hz 辐射测试

AC230V/50Hz 辐射测试