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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
- v* ]! H' C5 p" ~* X
+ A0 w" |8 |  v6 ^概述- e- t6 k% ]9 l$ `, l

: Y5 s" Y' i9 ?2 y: o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。
  L+ Y) Y3 @) v$ v, O% _- [8 b* t0 p- m6 Z: i( S
1、样机介绍) z; Z6 n/ ^1 y  [- r( `) Y- h
' B/ I' G& G# G; E. a
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。
6 g: I. ]: `: }, v
$ a, E1 R8 q8 N" Y: a
/ q+ A5 k- R' d; Z- K

9 y9 g  ^. l2 w- x8 ]
CR5269SSG_12V1A 工程样机示意图

: C: L' y( W# e! q% l( rCR5269SSG产品概述$ R! h9 Y3 S' m+ J3 e
! H: ^! M; G' A# O: r' b
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。: v/ N( v0 \- R7 ?, w6 @+ E; }
- I& C( }3 @8 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。
5 W$ r% ?( R' l6 z; q# ?2 P6 r% D$ M- B2 O, b
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。- ~( `6 B0 p" d
& A, t4 s9 W# o, S3 q$ a) M
芯片特性:
. N' k9 f" q( T2 ]7 n● 全电压范围待机低于75mW
& ~& n7 @6 m9 F2 I" E7 T& F● 满足能效六级标准- N6 i1 n& U& B8 B; i6 i
● PSM模式降低待机功耗
5 P9 S% r/ R  J) P9 D● 内置软启动
: M3 G1 `0 P3 N9 K1 O" {● 良好的EMI特性
  B+ b& M1 G7 u● 零噪声工作
, O+ ~& X7 X0 M9 G& h9 M" G● 典型65kHz开关频率/ x5 }9 \4 f# w2 g; M$ _
● 电流模式控制
/ @7 h' b) p* R, e6 A. u: U9 \: `● 内置斜坡补偿
/ G* y2 Q" w: {7 ^- S. u2 b9 T● 内置前沿消隐
9 q( j+ y) {5 T7 |● 启动电流和工作电流低
4 G6 F2 y5 W+ v0 S* ~1 o. T● VDD端过压保护5 b# [6 N% ^2 E
● 过载保护
# h6 b" [4 c$ o6 Z2 h+ E7 F! M● 逐周期过流保护
- S! v! s1 ^9 ~* F) Z9 A● 过温保护
# g' R  ~) N, a4 X1 L● 输出整流二极管短路保护
5 }# x- p( l$ ~7 F● 四引脚散热& p3 f: R0 s/ h3 M6 \' W* l
● SOP-8L绿色封装
, Y' _$ O/ f/ A( ~, Q0 t" t) O, j: d' r
基本应用( Z' E, f5 \9 m* b" c
● 电源适配器
  G. D& l. O: ^5 j● 开放式电源
4 A# h$ p+ P/ ?! F6 t! j● 数码相机和摄像机电源% @" o; e& u+ T
● 电脑和服务器辅助电源
0 A$ \4 e8 G- [! g- t' f● 机顶盒电源, p6 y0 Y! ~+ w+ j4 z" t
● 掌上电脑电源  M- l) `4 F, T8 _2 s
3 Q( J1 J3 P) O) T, H+ T1 Y1 e
引脚分布
) x6 _9 M' q6 l) d

# H3 L1 K& U! u4 _* h& \5 l* f' n引脚描述& V( [6 F5 r+ R! N9 Z
1 ^3 v. `  Z7 l( Y# a4 j
典型应用
( F8 H9 F( R. f
) y( U/ Z! T; W# a. M
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。
9 b9 _2 m* F; Q7 [  ^9 I, O; @( i
9 U2 ?$ u0 y' b% |6 e5 a1 g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 U! \& |% {5 i9 [( B2 V6 g% Y. z5 Q! y) m- o
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。
/ Z2 I% X" P% B; F" {- ?$ w7 _  c) @  W9 I2 D! _8 ]- Y
2、样机特性
# u/ s0 L( C# g! U  M: l3 p+ P4 g$ A" D( E. g# 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。; d# o8 Y8 ]( g: }* J+ R7 t
3 m$ I& a* |0 c5 C* S" h
2.1、输入特性:) }# q( a. W: C* K
+ G- P. k  F; O% `  l
2.2、输出特性(PCB 端):
* d2 y! Y+ U! U

- T' N1 Z2 h- B% K$ Z2.3、整机参数:5 @0 ~- ?6 ^5 P( u( F

) [4 p: M+ _2 M: X- c2.4、保护功能测试:$ y' [- K+ S* V* w
$ W  R+ J' N+ Y& q# A. |
2.5、工作环境:
0 Q+ h8 f# m( u) n
& ~* y7 p* `: \" s) x. n
2.6、测试仪器:
5 }, F1 N6 Q5 n4 i5 {
5 u! S1 O5 k2 ~  ]9 @: `2 h, n
3、样机结构信息7 }2 R1 Z# l" C" y* `/ T) G" Z
1 [$ t& J: n- Q6 t
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。
" w/ j. a( x: o3 Y5 J
, M1 a$ f2 W0 L0 @4 C; s. w3.1、电路原理图及BOM:6 E8 g: T- y( E" l' C7 `; m
7 v4 G+ v0 g8 W* x
3.1.1、原理图:; ]9 t$ d6 [' ]9 j) H% j

- q0 d9 c7 J* l1 B! a2 V3.1.2、元器件清单:  R% c! `/ _4 F) V: o/ v0 N

: H) `! o* e: M3.1.3、PCB 布局&布线:
+ M8 N# k6 I4 S" q" Z5 \: v+ D5 R; O4 a' R
PCB 顶层布局&布线

. [% L4 c0 W5 D6 L" Y; N3 `
PCB 底层布局&布线

2 z% [) R& s  a. Y7 ]# h3.2、变压器绕制工艺:
+ X4 |+ f% f" @3 j' ]$ r# t) U! ~" b8 Z9 S% X) {
3.2.1、电路示意图:
3 U8 u; g) U! j; Q9 Q
" b, J+ |  x# z6 M8 w
3.2.2、规格参数:* U+ }7 }$ X8 o0 f
1)骨架:EE16W 加宽立式(5+5PIN),Ae=38mm²;2 S, Y. p+ B5 k4 p8 E7 n$ ~
2)材质:TDK PC40 或同等材质;) U( o: o: Z$ v4 }' e  s
3)N1、N2、N3: 2UEW 漆包线;N4: 三层绝缘线;2 ~+ c' z# D8 T. A9 h# E  v
4)次级绕组从变压器顶端进出线,磁芯接地
: u$ D% g; K* V5 H5)绝缘胶带:3M900 或同等材质;
& `' z- y% b3 J9 v  }0 M5 ^6)初级绕组感量Lp:1.8mH±5%(测试条件:0.3V,10kHz);; I$ l% w+ ?3 v1 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));
6 B$ q" O, ~4 e! \7 z5 C8)耐压测试= 3KV 5mA 1Min;
0 ^7 U; u  P' v* a2 f! p9)成品要求:浸凡立水;
% k$ q) a% J0 K9 V; r* W/ S! i' v
3.2.3、变压器参数:
) s# {# X( `! r" p3 E7 y; R* H
: X" G( ~; p# v( B! Z
3.2.4 变压器结构图:: U5 t9 U. m0 D+ ?3 S) i4 C
$ C" h8 M7 j* |/ x
4、性能测评  a3 B" C/ B* v  r# q0 ~# Y
* o+ j+ S0 o/ F
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。$ B& A, f5 z  [

# m9 t  D7 H) Y9 C$ n" e7 l4.1、输入特性:" k' S* \+ E8 ]* e$ K7 }
; g# w8 r2 w+ }% x
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。
, }& D5 A- Q& e2 A% W. Y  W( F4 W0 u# ]( w$ g
, L1 X- A  v9 y* ?2 @
表1 待机功耗. e# O. H9 e; j0 q$ y

' F9 x2 e& q+ l* v) u8 k# ]表2 输出100%负载下的输入特性
! e  r% O+ Y6 j8 @* h: }

. h$ ]% M7 Q3 ^4 q表3 效率测试(PCB 端)% I+ @" p6 E( A: X, Q* x

+ q/ s- b4 D1 i% E+ I, Y表4 效率测试(1.8m 24AWG Cable)- s1 _2 @6 _6 n2 {" o
  f+ A- o. ?* S) u# a; b, }
表5 能效等级评估(PCB 端)
1 ?: v, n/ u6 Z
$ ?' }) l1 }& i8 A1 L6 w
4.2、输出特性:

9 h! I: m9 a  J0 W
/ l4 Z5 _4 d! |3 n" a: L; I6 u& Z4.2.1 线性调整率和负载调整率: (1.8m 24AWG Cable)7 {. S7 r6 X/ L5 x3 E5 y% m' c9 A

, q; r) E  x9 }& I& ]& E, w2 J( m* x
0 \1 u- N* F, D0 M
4.2.2、输出电压纹波:
. f! R8 ~' i2 M. o5 V5 j1 ~
" b  a# l2 X8 ]* N  ^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 B! B2 S3 @, d+ M: T  g
( a. u8 @  u- ~& h2 S3 t1 `' r' {
6 D6 u' v+ g+ p# Q$ S; l( N0 T
R&N @ AC90V/60Hz,No Load
  y$ `$ q  W! s% S! J! i' k
R&N @ AC90V/60Hz,100% Load

* @, v& [0 V' a' _; r
R&N @ AC264V/60Hz,No Load
; C8 H! r9 f1 a  W9 J5 b
R&N @ AC264V/60Hz,100% Load

* @: a, I+ W) B5 j6 a4.3 保护功能:
  G2 U5 Q3 A$ n' I% X9 ^# ]7 C+ z
$ {2 z* c( e% U6 e' W. L# }  ~# ]9 D
以下涉及过流保护、短路保护的测试。2 L3 m: r) b+ h1 q  P0 ^( B& F
5 y, `! ^1 z2 f6 A- Y6 f
4.3.1、过流保护:* w! A) Z, ]. ]9 B& a, C4 s

* v5 T; e/ m, C' T" |4.3.2、短路保护:+ D, H6 h2 V5 D3 l+ ^
$ s2 w5 w' W/ e! b9 D7 l
功率计电流量程2.5A,开启平均值模式测量。
2 ~  n" ]- Q8 R0 P$ V+ A8 |+ l
$ d8 c+ }. _* D' B  `3 i. e* T

: w( ?- [  H/ d; Z4.4、系统温升测试
' Q2 i' ~; F, S' L9 |* n1 J
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。" A- W9 w, e1 ]
7 G  U8 \' J! e
测试样机及配套外壳

$ ^2 H- y+ e) Q+ \" `+ e温升测试:单位℃
9 f' M, N# Y! t/ _: J+ \! ?5 `7 J

7 c- `' L; Q* m( y7 ?4.5、动态测试:7 f# E: a2 m! e/ d3 S0 Y

/ Q8 h# C2 T4 W; V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。
* j2 P- A" {. v' h/ a" r) J4 X$ c9 h& [+ [; `/ o

8 @% b4 \4 K) t6 T: ~# R  i! F2 W
AC90V 5ms

- ^9 I$ C- _7 S  `* Q
AC90V 10ms
1 y' X/ o& Y, y
AC264V 5ms
3 \/ U* U' W& w$ C  W
AC264V 10ms

  M9 {% \" s4 F( S" s1 @" o9 ?5 f4.6、系统延时时间测试:! v3 |5 g( P6 t! N. l: v0 b# J
8 J9 \" ^$ I7 \: G) M1 ?& Y0 b
7 ^7 E9 ~6 @) W% p
TON_DELAY  @ AC100V,100% Load
$ f, N$ T, a; @8 H
TON_DELAY  @ AC240V,100% Load

% z* w7 \0 }: ]* M9 m8 K
THOLD_UP @ AC100V,100% Load

" M, I2 x/ H( y  W
THOLD_UP @ AC240V,100% Load
2 Z3 ~: X' `$ K
VOVER_SHORT @ AC100V,100% Load

% @- H6 w9 g9 w" h" g: B
VOVER_SHORT @ AC240V,100% Load

2 w9 B% p! w# h3 c' \8 x4.7、其它重要波形测试:1 j$ V0 b, ~5 S

% z6 L* a' ]2 U0 tDRAIN(蓝色)端、CS(红色)端波形图:
4 F  G9 ], r& L. f
8 Z( L5 w5 e6 H" T6 V
AC90/60Hz,100% load
1 d& r1 P8 b6 Z% I
AC115/60Hz,100% load
: o" c2 m$ n3 Y! r; n( G
AC230/50Hz,100% Load
& [5 k" Z6 p0 T
AC264/50Hz,100% load
* q2 y& R+ H8 y9 p# ]; {' [
AC264/50Hz,100% load 输出肖特基电压
1 @' h; g' W$ B, y2 T
AC264/50Hz,输出短路,IC 漏极、CS 波形

: A* b) ~, G& n9 r5、 EMI 评估测试0 W  Y! f* i) I/ W( l3 l: H, L! D
& F0 u& S, F/ U* G6 r
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)
* U+ D- p" I/ j. p# Z0 s
5 f, \. {$ i# q
AC115V/60Hz 传导L 相

' t* w7 A- @) {8 t+ O4 k' _, l8 r
AC115V/60Hz 传导N 相
% K% l$ ?) {+ p' ]
AC230V/50Hz 传导L 相
1 D, o' b! x- d$ {& s, z; j; y
AC230V/50Hz 传导N 相

& E9 Z6 v' ]3 v% Z! x# L4 a
AC115V/50Hz 辐射测试

# w( C1 J8 y: K6 Y
AC230V/50Hz 辐射测试

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