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

+ n$ d- _7 O2 A; N, c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。
7 K& |: ?; _" m  d5 N* b
1、样机介绍

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。
' e3 g' l: b* x# n) d
- g- o) g1 f( }

CR5269SSG_12V1A 工程样机示意图

CR5269SSG产品概述
! X) {9 p+ m; }) ]) |+ s
" o+ c( G: M6 P- t6 O/ [0 aCR5269SSG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。
" K/ K3 v# o" Z$ p5 n3 Y
$ t6 s/ D1 }( n) a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。
) p, J& i4 P. m# a5 R
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。

芯片特性：
) e; Z2 h2 h4 c  o' q● 全电压范围待机低于75mW
/ J2 Z1 ]2 q3 j9 R● 满足能效六级标准
- A  q8 M: w0 j( K" P5 T& f● PSM模式降低待机功耗
  P0 w, _) W' B: E1 N● 内置软启动
  y7 Z# Y$ J1 G● 良好的EMI特性
8 J4 @, j- i; Y● 零噪声工作
" e3 r! |7 n# t+ |8 O8 X6 u● 典型65kHz开关频率
/ h# f  x/ P( b/ K● 电流模式控制
* s" b( Y- A& ?7 r● 内置斜坡补偿
● 内置前沿消隐
● 启动电流和工作电流低
- o% j7 e( d  P2 M6 [. |● VDD端过压保护
● 过载保护
7 Q5 k1 H6 `1 }* T3 v4 S- b2 f● 逐周期过流保护
● 过温保护
● 输出整流二极管短路保护
5 t* \6 s$ Q+ R3 N6 d● 四引脚散热
● SOP-8L绿色封装
; Z4 V, Z, o' {! _
基本应用
● 电源适配器
● 开放式电源
● 数码相机和摄像机电源
- L$ z5 f0 U: W3 [● 电脑和服务器辅助电源
● 机顶盒电源
* ^/ [, {- i6 }9 i# k6 R● 掌上电脑电源
. m" ^& J, b4 [, [
引脚分布

引脚描述

典型应用
* M) t' c- x. s$ X9 y- f; n

0 N& `6 i* f# W, A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。
+ \/ z' V2 F; J1 Z
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。
/ h$ f! M0 s( O# z+ j$ _% @% p$ R
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、样机特性

# Y6 X# r$ l0 u! r. D" H) E* B! O% c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：

2.2、输出特性(PCB 端)：

) L  C$ E" @5 [2.3、整机参数：

2.4、保护功能测试：
4 n: Q- `: `* r

2.5、工作环境：

2.6、测试仪器：

3、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。

9 S" }( M. `- `, o$ C3.1、电路原理图及BOM：
9 B0 c2 D! Z5 m, s8 S0 b$ Z
3.1.1、原理图：

3.1.2、元器件清单：
4 ~$ K% Z- g; o& F1 n1 p

2 [& D9 ^2 M1 }; o8 `- {/ ?' s- t) J3 r3.1.3、PCB 布局&布线：

2 N/ y% V0 [& v6 @

PCB 顶层布局&布线

/ v3 P2 |- I! m. ?

PCB 底层布局&布线

9 b# D! i$ ~- W2 Z. [9 V; e, _) }3.2、变压器绕制工艺：

3.2.1、电路示意图：
' U) X: a) p- \" P0 T0 Z

4 x1 q) l' @" M4 O: M( q3.2.2、规格参数：
/ c. n9 a$ ~# i5 P# ^1）骨架：EE16W 加宽立式（5+5PIN）,Ae＝38mm²；
0 y3 I! g  n% @/ K2 H2）材质：TDK PC40 或同等材质；
0 {* x2 M4 n. M3 |9 G; y9 N, Y3）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
9 u9 H9 d' E* u& k) x. ?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）；
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）)；
8）耐压测试= 3KV 5mA 1Min；
- r% C9 X4 \3 |1 V9）成品要求:浸凡立水；
5 Q4 F! B- u. v% ^- C6 K- S
3.2.3、变压器参数:
$ h7 k# L  O, E

3.2.4 变压器结构图：

4、性能测评

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。
) d6 `' c9 P; N. R% K( ^
. N0 D' A3 P$ A% ]4.1、输入特性：

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
0 p: i1 Y) Z2 f$ s& a# ?( t

表2 输出100%负载下的输入特性
( j/ j& }" j  X* s) _4 h% G/ r

表3 效率测试（PCB 端）

表4 效率测试（1.8m 24AWG Cable）
. K7 Z9 ]* R! s

: e" T$ {0 P4 ?表5 能效等级评估（PCB 端）

4.2、输出特性：
" V( ~) ]+ s0 |, Z" V5 w8 B1 o1 _
4.2.1 线性调整率和负载调整率: （1.8m 24AWG Cable）
% L8 Q4 z8 O# |0 t+ a' S( R

- c  r) L* c/ v# h8 _4 C& n4.2.2、输出电压纹波：
- m' \2 y# z$ g0 C
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。

& G. y0 Z  h, C- Y! [2 b

% `% V! s7 y" w

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

" T- H: G2 }5 y$ B6 \$ }8 `

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

3 R" x+ I( n, x

R&N @ AC264V/60Hz,No Load

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

2 V" B; C/ q- _5 B$ N4.3 保护功能：

' y; X+ w* J* I" {- N0 u; S以下涉及过流保护、短路保护的测试。

4.3.1、过流保护：
! V! N4 V' x' n/ @. i1 @3 r  [

4.3.2、短路保护：
. J+ n5 {) C( f$ x/ j4 l
1 s% C6 {. d% i& a+ {0 W: Z功率计电流量程2.5A,开启平均值模式测量。
# f2 X+ U0 e* l( E% ~2 O# U3 v" X4 M

0 M2 n6 E) `, [! Q  W4.4、系统温升测试
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。

' g1 ]2 m, [1 A6 Z6 h7 F

测试样机及配套外壳

温升测试：单位℃
' e2 y4 N: ]8 l/ N( W% t) [

4.5、动态测试：

  Z: G% ?2 F% X3 O$ x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 i% S6 Z( f! {# c! m/ {
: {1 p: O0 ]4 L7 L

AC90V 5ms

" `7 r1 L5 s# L# l' \

AC90V 10ms

AC264V 5ms

5 V0 |, i( H6 A  d

AC264V 10ms

' M2 l1 e* a4 J6 u) {4.6、系统延时时间测试：
% U6 F4 |) `5 D

9 X. x+ V8 [: C7 r# Z% V4 d

TON_DELAY  @ AC100V，100% Load

TON_DELAY  @ AC240V，100% Load

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

) i3 @* m4 o6 V9 Z% i& d) t4 h# {0 j

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

5 x! }; ~. J3 y' l: e# C, w

VOVER_SHORT @ AC100V，100% Load

VOVER_SHORT @ AC240V，100% Load

' \2 h( C; E: \+ Q+ ^! }8 F1 A4.7、其它重要波形测试：
, |3 _, [# [; f3 K- p8 m; I
7 }$ M6 t" p$ p! \5 J9 \# N  rDRAIN（蓝色）端、CS（红色）端波形图：
1 I3 i; r$ P; |5 h; i% l4 e5 U1 ~
+ @2 `1 {; y% ^* W

AC90/60Hz，100% load

7 ^- W9 Z* J& H4 A6 x1 l/ D) z3 ]

AC115/60Hz，100% load

7 n0 I+ |2 |; [4 y7 W! i

AC230/50Hz，100% Load

AC264/50Hz，100% load

AC264/50Hz，100% load 输出肖特基电压

5 H) M0 t' l/ Y$ E/ [

AC264/50Hz，输出短路,IC 漏极、CS 波形

" Y6 z5 i, S7 M& o6 z$ q+ c5、 EMI 评估测试
+ x: T* L- a3 c' W) F
( R4 ?/ X7 m* ]# M2 {0 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）
9 O4 m3 _% L! M. Z) ?

AC115V/60Hz 传导L 相

AC115V/60Hz 传导N 相

AC230V/50Hz 传导L 相

5 l- U0 z3 S/ f- _( {/ X$ P

AC230V/50Hz 传导N 相

9 W9 v8 \; A7 S

AC115V/50Hz 辐射测试

AC230V/50Hz 辐射测试