基于高性能、副边检测电源芯片CR5249_12V1.5A适配器方案

思睿达小妹妹

9 B. E! }' E2 p# U3 `8 P. ]本文，我们将介绍的是CR5249_18W 电源适配器解决方案。

3 ~; u  d7 |% d+ C7 o01、样机介绍

该报告是基于能够适用于宽输入电压范围，输出功率18W，恒压输出的电源适配器样机，控制IC 采用了本公司主推的CR5249。

CR5249_12V1.5A 工程样机示意图

4 S& F# A& Q. X: v- ~- L& WCR5249

CR5249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，CR5249集成了多种工作模式。随着负载的变化，CR5249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。CR5249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。

  [5 o2 V- V( X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。
/ ^' G& K2 p. j: g, X9 V$ X
CR5249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
. s+ A) H6 \+ {0 n+ ?
2 S8 Y7 d  M5 `! S. H● CR5249 是DIP8 封装的新型反激功率开关
● 内置软启动，减小MOSFET 的应力，内置斜坡补偿电路；
8 c# {6 a2 z  `! X# i7 D& L. m! X● 65kHz 开关频率，具有频率抖动功能，使其具有良好的EMI 特性；
% ?  n6 ]5 R( N6 P1 f$ {4 u● 264VAC 输入待机功耗:<75mW；
● 具有“软启动、OCP、SCP、OTP、OVP 自动恢复等保护功能；
● 电路结构简单、较少的外围元器件，适用于小功率AC/DC 电源适配器、充电器。
● 能效满足DOE Ⅵ 和CoC V5_T2 要求
" v2 N4 w: W2 \2 d9 Y# }  x5 r
" I# S2 K& u8 u  f/ N! _  w基本应用

● 电源适配器
8 v7 {6 d6 P& X4 d) \- O, I5 m2 y● 开放式电源
● 数码相机和摄像机电源
● 电脑和服务器辅助电源
● 机顶盒电源
● 掌上电脑电源
2 D7 s) q- g6 r1 n' X0 _! X0 ~
引脚分布
# f! J$ ]! o6 w

- F  x  @, ]2 L5 @" ~4 q引脚描述

, A7 \& ]9 i9 l1 ^

! V# d' {/ V* H- x6 _典型应用
/ ]" [" b7 E) b/ G9 c. `
, `2 ~6 v, W, i* q# c! l

: q, b3 v- o! k! P+ S# @- ]样机PCBA尺寸：66*39*24mm，是一款全电压实现12V1.5A输出的电源适配器。90VAC满足启动时间的条件下，实现AC264V样机待机功耗仅为72mW；全电压输入时平均效率>86.43%；输出接22AWG1.5米线能够满足最严格的“COC_V5_T2” 能效标准。

样机具有良好的动态负载能力；同时具有“软启动、OCP、SCP、OVP、OTP自动恢复”等多种保护功能。
- C# Q! M9 ~. p( {
样机的变压器，采用了EE19W加厚磁芯（PC40材质）。变压器绕制工艺部分，请见后文详细说明。
  C# c6 G! v4 c; L' j% U% T
% J, m/ k2 D/ c3 E% u8 V; U02、样机特性
' i8 e$ x. M2 |
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。
! L! {: D; q' I9 z. b
2.1、输入特性：
: M( I2 K" J+ p5 w( L

9 i0 P" v* Z: m; k9 i, }2.2、输出特性(PCB END)：
. T% J& w' I5 l4 |7 ], M; `- w6 n

2.3、整机参数：
' b. }& E7 t8 C+ I# L0 Z6 f/ t

2.4、保护功能测试：
+ e4 i% h: a& Q% f0 l

2.5、工作环境：

% D+ |; d) D8 `9 o) _2.6 测试仪器：

03、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。

3.1、电路原理图及BOM：
  F. e8 Y( f; h8 ]
1 h) j& a: Q6 |# ~( v( z3.1.1 原理图：
% W% G  F8 z! p  n4 `

: |" E/ G+ t# @* _3.1.2、元器件清单：
* Y7 D3 a" V- D5 [! a$ w( Z

3.1.3、PCB 布局&布线：

PCB 顶层布局

3 U: |9 Z5 l# f% P

PCB 底层布局

- |  |3 p1 o# W" p

PCB 底层布线

8 h% e; l2 K- n  O3.2、变压器绕制工艺：

3.2.1、电路示意图：
# A1 e" d) V3 ^, j/ J9 x

$ x: e% X1 Z8 r2 B3.2.2、规格参数：
2 Q! B1 H4 D3 X* P
- E+ X8 R/ x, m9 X6 ~7 T1）骨架：EE19W 磁芯加厚立式（5+5PIN）,Ae＝46mm²；
) Z) x8 \/ ]( |6 z' \( y: |/ u2）材质：TDK PC40 或同等材质；
# e+ z' d2 W: P3）N1、N2: 2UEW 漆包线；N3: 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）；
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= 3.3KV 5mA 1Min；
. S4 o9 R  ?1 {! O+ B) z" }% b9）成品要求:浸凡立水；

3.2.3、变压器参数:
6 S. Y# R  O. l) Y  W% v

3.2.4、变压器结构图：

  A1 ^) z3 ~' }/ q$ F9 K04、性能测评
- ~4 n/ R+ t& ^  ^  P$ [5 L
! W! v. H. i: [( P# A2 s# e0 {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 ?1 R: k. i( {5 w& m. a) _4.1、输入特性：
0 E7 F* J+ A4 T, }
& R7 k0 o1 j, e: H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 a8 P$ x$ K( `/ F
# S* d9 ]# z- D表1 待机功耗
0 p- `6 p$ [4 F6 [% @

  K' X2 U5 ~5 A
表2 输出100%负载下的输入特性

& w- K5 [! K5 c2 o- Z+ _( Q9 x0 R
表3 效率测试（1.5M 22AWG Cable）
2 c; d' U9 f0 I# n8 g# Z- m

7 A( a, t% P( \# }4 p表4 效率测试（PCB END）

+ |7 {( f% j, {+ ^表5 能效等级评估（1.5M 22AWG Cable）

4.2、输出特性：

4.2.1 线性调整率和负载调整率: （ PCB END ）

& q; t& S2 ^& |( ?, j6 f! Y

7 {8 |2 J) x8 A) Y
4.2.2、输出电压纹波：

注：纹波及噪声在1.5M 22AWG 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 a! E2 s+ Y- |- X, N. ]: p4 T

; B+ y( b# S9 X, k6 H

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

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

R&N @ AC264V/60Hz,No Load

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

" |1 w( B3 _# q# C" [4.3、保护功能：

以下涉及过流保护、短路保护的测试。

4.3.1、过流保护：
  [- L1 _+ r6 f& f1 X

4.3.2、短路保护：
0 A- }2 \1 @, ^/ l7 q. ]% S
, y0 k& P& ^- l5 }功率计电流量程2.5A,开启平均值模式测量。
4 ?' }7 x8 t+ W* P) D7 p+ `0 u  S

4.4、系统温升测试

0 J0 Q; S1 |* F0 H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1.5A。
4 ^: B* \! h! {8 N5 C' N

测试样机及配套外壳

1 H& ~: s+ j; J1 ?) j

4.5、动态测试：

- ?( w- w$ W8 m& v输出动态负载电流设置为1.5A 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。(1.5M 22AWG Cable)
' v0 o4 ~$ h% I* |
  j& q2 H9 f0 q3 Z/ `( n' ]

AC90V 5ms

- b# c  L& S% q( P- z+ I

AC90V 10ms

+ r2 b  r* l; g6 I$ v1 _( e, J' T

AC264V 5ms

- ]+ O8 M9 F; n* v5 X( S1 m1 K& D

AC264V 10ms

! o$ a! a1 y8 f# {9 b4.6、系统延时时间测试：
/ l6 B: b9 m3 F* Q2 a
9 j8 E+ j1 o- G6 S- j0 _6 d3 ?7 C4 `! N

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

1 Q7 O2 u" I+ x; d! }# n

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

4 e1 Z  t4 e4 \3 `

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

4.7、其它重要波形测试：

DRAIN（蓝色）端、CS（红色）端波形图：
2 e  T& t% f9 e$ |
: d* D0 }: t) H

AC90/60Hz，100% load

AC115/60Hz，100% load

AC230/50Hz，100% Load

AC264/50Hz，100% load

8 o5 F/ V& o) }8 k其他波形测试
6 q0 f; a( r' D5 |

AC264/50Hz，100% load 输出肖特基电压

6 p/ R, j: J" p7 ]

AC264/50Hz，输出短路，VDS VCS 波形

05、EMI 评估测试测试条件：
, f0 B* v3 B# Y/ P
输入：AC115V-60HZ/230V-50Hz；
9 L1 Q% W* ~0 n7 E- J5 K& {输出负载50W 8Ω大功率电阻；
7 l! s5 B1 e! a  F限值标准参考：EN55013、EN55022B。（辐射测试结果仅供参考）
. E$ k, a! N, p  M
2 i! m7 \9 r1 u

AC115V/60Hz 传导L 相

" \" v  z) V5 I' `6 V8 {

AC115V/60Hz 传导N 相

AC230V/50Hz 传导L 相

AC230V/50Hz 传导N 相

AC115V/60Hz 辐射测试

/ |: Y5 L/ P3 f: M' ~6 t

AC230V/50Hz 辐射测试