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

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概述

# b8 w; w. z/ w, @5 I; k1 Q; 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。

1、样机介绍
/ t9 r; g* Z) }7 {3 o5 ]) d, F
* R, V, n9 L8 y% a) @, p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

. ^; l& l/ P4 oCR5269SSG产品概述

3 U9 D- Q+ f: Q2 c; NCR5269SSG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。
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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。
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芯片特性：
7 F2 t! k2 O# e" R● 全电压范围待机低于75mW
● 满足能效六级标准
+ }! T: ~. [. x$ u● PSM模式降低待机功耗
● 内置软启动
" g( K" l1 y2 U$ Q3 ]. |7 Y4 W● 良好的EMI特性
  ?. _6 W7 v( `$ [● 零噪声工作
6 `' I$ p7 X$ l( x● 典型65kHz开关频率
● 电流模式控制
& q4 T# V( ^: K% v- z● 内置斜坡补偿
. D2 w; ~# o( V. ?' E% Q! l7 R6 E9 P● 内置前沿消隐
● 启动电流和工作电流低
6 B- E, e0 p. C0 w% n+ \● VDD端过压保护
● 过载保护
● 逐周期过流保护
& _, L7 a1 C* K% h● 过温保护
* \# n  g' L$ V* L' p● 输出整流二极管短路保护
● 四引脚散热
● SOP-8L绿色封装

. F0 J- G) r; H7 t4 F基本应用
● 电源适配器
8 ~  z1 f6 N: t; k● 开放式电源
! ^$ [3 t0 Y8 V% l& e- O" {● 数码相机和摄像机电源
● 电脑和服务器辅助电源
6 Q/ d7 \1 f9 X4 l) E4 H/ y$ K● 机顶盒电源
& X( j2 K; {6 s● 掌上电脑电源
) E, {5 J  g3 x! k5 w" T1 J
2 o& w8 Y' c: G引脚分布

引脚描述

典型应用

) y% Q0 l% b- g0 l( x! C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。
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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。

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。
- p$ B7 f/ E# M; \
2、样机特性
1 ]. N) e5 K3 @3 I. i" e
) O" v! }( k: ]% G0 `. F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：
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2.2、输出特性(PCB 端)：

9 }* L3 @3 B2 _. c  r: O+ s/ U: t4 r' R2.3、整机参数：
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# B' _: @. L9 f% c( C0 g/ w  G2.4、保护功能测试：

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。
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8 D5 B7 q0 z3 P5 j0 k: T3.1、电路原理图及BOM：
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  J9 A9 k) j) z, t+ u; {3.1.1、原理图：
( `0 u. ?7 x1 B* L3 o3 r) w

3 j* h5 V$ T: y0 j- f+ R3.1.2、元器件清单：

3.1.3、PCB 布局&布线：
( d$ S  h% ]- C- E

PCB 顶层布局&布线

* a% p! b$ F& C* @$ O

PCB 底层布局&布线

' D( p2 J8 s8 h0 {/ |0 S2 w2 G: I3.2、变压器绕制工艺：

0 k* P# ~5 V- r# u5 A: w, {) e3.2.1、电路示意图：

3.2.2、规格参数：
1）骨架：EE16W 加宽立式（5+5PIN）,Ae＝38mm²；
2）材质：TDK PC40 或同等材质；
3）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
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）；
% E% j9 N/ a* X9 U7）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；
9）成品要求:浸凡立水；

3.2.3、变压器参数:
4 ~( ~3 O4 F. s* e: t8 }

3.2.4 变压器结构图：
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4 @6 q9 E$ _% F! p4、性能测评

8 m0 E& ~/ u) ?7 j' Q! S0 ]# i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。

1 U% i4 Y- D: \9 o, ?; c% V4.1、输入特性：

- E1 F( U9 l$ {0 B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。
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9 v8 R" Y0 P8 w1 v6 d& g: @
表1 待机功耗
, u' t. X1 E& }3 i8 Q% }

表2 输出100%负载下的输入特性

表3 效率测试（PCB 端）

$ B+ n5 P0 h* j5 Y: x表4 效率测试（1.8m 24AWG Cable）
* ^; k# w" F/ ~5 d1 F1 _) j  F+ T

" d8 d+ p# F/ y) A表5 能效等级评估（PCB 端）

4.2、输出特性：
# |% |7 n- X6 W. T+ D( w2 e
' E: q; J) W5 t% e9 I4 X) D+ ^4.2.1 线性调整率和负载调整率: （1.8m 24AWG Cable）

" A, j% j. ~) U/ m

2 z" Q+ v6 {' F' X/ `! |4.2.2、输出电压纹波：

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。
% S- E* [: \9 d5 o
% o3 R+ T' S# r' r

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

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

R&N @ AC264V/60Hz,No Load

4 Z. L7 B( [/ ?

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

) [  @4 D* b$ _4 B' d6 `4.3 保护功能：
( E5 [" g5 M6 ^$ U1 Q7 O; U
以下涉及过流保护、短路保护的测试。

$ M$ O: [9 {+ W) j) h4.3.1、过流保护：
5 h8 k. m9 }; {

4.3.2、短路保护：

功率计电流量程2.5A,开启平均值模式测量。
) i$ W  i" |5 f. y) m; g$ W

( g, T6 l& G% o! W' Z9 `
% g4 C5 r, `% s6 `4 K4.4、系统温升测试
# j: A: N; E" N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。
. U" A/ k7 Q& O! t, p+ M' K

: @& L/ S, y3 S

测试样机及配套外壳

温升测试：单位℃
" e( j. w4 [6 C% ]- z) `; G9 G

4.5、动态测试：

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。
) E+ T( g1 ~& P
3 b1 H! j6 y) W% A

& J  D" [5 h( D8 O( ?4 V$ ?3 {1 a

AC90V 5ms

AC90V 10ms

AC264V 5ms

4 S: @7 \! J0 @. \3 {4 h( u

AC264V 10ms

4.6、系统延时时间测试：

TON_DELAY  @ AC100V，100% Load

TON_DELAY  @ AC240V，100% Load

3 u9 r; _9 T& ]. \; T( R! o

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

1 S' K% J0 _/ c( }5 a) \, w  U3 f

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

' s: l! ~2 _: v

VOVER_SHORT @ AC100V，100% Load

  n. A# p! A! P2 m* n, f

VOVER_SHORT @ AC240V，100% Load

& N/ Q: o- c$ q4.7、其它重要波形测试：
2 [  {: U% K: J' U
DRAIN（蓝色）端、CS（红色）端波形图：
# f$ V  A: e. H+ U$ v7 O7 V/ |

AC90/60Hz，100% load

AC115/60Hz，100% load

AC230/50Hz，100% Load

- H0 U3 b7 e6 f0 x$ K4 Z- j

AC264/50Hz，100% load

AC264/50Hz，100% load 输出肖特基电压

* D. E* q8 P& T4 V

AC264/50Hz，输出短路,IC 漏极、CS 波形

5、 EMI 评估测试
0 H* {& ]& E- G9 o# I  _9 R/ {
6 f& G2 H" P# `" d- l7 c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）

AC115V/60Hz 传导L 相

AC115V/60Hz 传导N 相

AC230V/50Hz 传导L 相

' |7 n9 U# d  \2 B& z; y5 f1 x. e

AC230V/50Hz 传导N 相

AC115V/50Hz 辐射测试

AC230V/50Hz 辐射测试