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

本文，我们将介绍的是CR5249_18W 电源适配器解决方案。
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01、样机介绍
- G' _4 C; p: g. \
$ e+ K+ y+ S3 e7 k& I0 X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。
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* |3 `9 f& u# D9 G6 A" Q9 X

CR5249_12V1.5A 工程样机示意图

" @$ Y2 I9 B3 X5 KCR5249

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。

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。

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。
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芯片特性
- Z5 T& c" b6 u% X: f; }
4 D! h5 S2 T; X1 p( y7 A● 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 B$ k* h/ n5 s  }4 `* E● 65kHz 开关频率，具有频率抖动功能，使其具有良好的EMI 特性；
● 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
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基本应用
3 i9 u) j- @. z, i5 L
+ C+ `/ n+ e$ J● 电源适配器
' b7 T5 [+ a) x6 t● 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
5 O. h; M4 R1 {% a7 m6 n, L● 掌上电脑电源
- x. h5 v- m7 Z3 `( O5 t9 T1 t
  V9 H& v3 E# l0 L. t7 y引脚分布

) t( \' |9 D0 U8 d& u引脚描述

: v5 M* Z2 S# C) |+ Z% Q1 p7 g

典型应用

9 S& ^8 M; Y/ a4 [" G, [

* s: Q0 ]$ W" x$ _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。

, b. I/ _4 W* h0 n5 }5 P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。
) t# |3 W+ w1 Q' {3 s. \
: I6 _9 J  ]& r( ]% s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。
  _% G  v+ Q% `9 ^
02、样机特性
4 l! n% ?' N" m
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。
: G2 x  m) d0 M- Q
. A% c, E2 K$ P$ }! W1 d2.1、输入特性：

4 e6 J' P0 t7 v! H7 w
0 p5 [7 m7 h, G  b2.2、输出特性(PCB END)：
, H! R2 f: a+ |; I" J) z- o

2.3、整机参数：
! M9 N& u+ I& {3 w# }2 h

( M" i0 I" q+ M/ C7 d2.4、保护功能测试：
8 T! d% k# M4 o

/ x) i% j) n7 N2.5、工作环境：

2.6 测试仪器：
# t/ T$ G! V7 n$ c

03、样机结构信息
5 K0 N2 b' E. T7 [2 {/ N% ?
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：

3.1.1 原理图：

5 Z5 a$ _# |* q  x( l$ F3.1.2、元器件清单：

) g$ Q, x6 z# I, j

0 t' f% K: ^" x7 T+ Z0 j& Y5 U3.1.3、PCB 布局&布线：

PCB 顶层布局

PCB 底层布局

" h2 j' \) \0 O$ U- |! \$ b

PCB 底层布线

3.2、变压器绕制工艺：
( Z3 ^' g& l5 F, v9 m- @) j
% F5 c; c3 q: L- A+ E7 f' |0 ]3.2.1、电路示意图：

: F8 y3 `+ y" P" `: v/ k* z

3.2.2、规格参数：

# x$ M* x; ~' F: u, j, R5 V1）骨架：EE19W 磁芯加厚立式（5+5PIN）,Ae＝46mm²；
% h; |5 B/ p+ {, M1 n( T1 U2）材质：TDK PC40 或同等材质；
+ V) c5 `, Z: G1 w- v1 s, H3）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
. \# [8 `. r& W, d7 ^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 U# r: i9 H7 d7）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；
9）成品要求:浸凡立水；
& z! J* L0 h6 Y+ C
* J' M+ D+ F9 f3.2.3、变压器参数:
$ B& q8 z# Z6 d8 T" d1 e

3.2.4、变压器结构图：

04、性能测评
( Y- I6 B1 ~! o
+ r$ v$ j* t% j$ _% G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。
/ G- B" o# M- ]* K/ `
4.1、输入特性：

/ z8 a1 n; I: o# l" L  ?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。
. ~/ P+ S9 d7 b0 k
表1 待机功耗

0 d! h: _4 |! J1 h1 J2 ]
: N1 c4 z) W+ L1 ]表2 输出100%负载下的输入特性
# f- z+ ]3 E* q/ H9 y5 ^

: R. P* v( @  p8 z
8 z, @/ a, i; }表3 效率测试（1.5M 22AWG Cable）

9 J. O# y+ T1 u0 Z0 H表4 效率测试（PCB END）

表5 能效等级评估（1.5M 22AWG Cable）
9 [. A8 a& {5 `% |" K& h

( k+ f" n9 u: V# k' y$ c7 _; Y4.2、输出特性：

4.2.1 线性调整率和负载调整率: （ PCB END ）

) M% N6 g- M/ P% p% b% X

0 z. w+ |1 l4 z4.2.2、输出电压纹波：

4 L8 r# j1 ~5 s$ G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。

: o. Z3 |+ {& _9 p3 P+ L

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

4 z& m& h3 `# C9 r$ F5 \# ~

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

, q8 ~7 D- V( ^; [: U

R&N @ AC264V/60Hz,No Load

8 }# Y8 H$ m5 {$ x' j) R/ [& a% L

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

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：

4.3.2、短路保护：
- D( h" C3 ~* I
$ B& ]/ O+ K) f! r# a5 s; D! L  p4 b; |功率计电流量程2.5A,开启平均值模式测量。

4.4、系统温升测试
& B( K' b1 I$ W) B4 [; R1 ]: d  O  W/ u
, J* _: _) w2 C* q- S3 d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。
- ]9 e" t# R+ T7 q
6 i/ }2 z# Z2 u* O+ d* a7 |% k

测试样机及配套外壳

9 w% e* e3 h( s9 s* n

4.5、动态测试：

9 `. w  ^+ E! i% M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)

; E! \+ k% u& C' Z

AC90V 5ms

AC90V 10ms

4 I* c3 r" I/ |9 @  H" v7 a

AC264V 5ms

. n4 y! n1 f, v6 a! x) b

AC264V 10ms

# }- n( o$ i  i( `4.6、系统延时时间测试：

7 n+ Z* H" b) I+ D0 y! w

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

( }/ }, I* y: ?0 C/ b: ^/ q

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

5 ?9 J* a3 _4 l4 R7 I4 y4.7、其它重要波形测试：

5 ?% d4 _% Q( I) o8 X$ G6 oDRAIN（蓝色）端、CS（红色）端波形图：

$ g: V, G7 z% y# `& e0 i6 A) \

AC90/60Hz，100% load

# i3 Y, b6 y4 D' h/ P$ g

AC115/60Hz，100% load

; G* ?2 B6 b, ~# `6 B) }1 [: U9 E' F

AC230/50Hz，100% Load

AC264/50Hz，100% load

其他波形测试

AC264/50Hz，100% load 输出肖特基电压

AC264/50Hz，输出短路，VDS VCS 波形

05、EMI 评估测试测试条件：
  M; C2 R! T& ]6 C0 S
  _4 C) v1 Q: s输入：AC115V-60HZ/230V-50Hz；
  T8 z4 J, S- W% y输出负载50W 8Ω大功率电阻；
: V2 A3 O- [% T' M' Z# l, A! Y! B限值标准参考：EN55013、EN55022B。（辐射测试结果仅供参考）
& T' ^. C2 u9 C/ e
7 ~; I. I, V  _2 s

AC115V/60Hz 传导L 相

AC115V/60Hz 传导N 相

4 b  |6 f+ M, S! D8 O4 d8 _

AC230V/50Hz 传导L 相

4 z8 E" D( e' {" @+ `

AC230V/50Hz 传导N 相

AC115V/60Hz 辐射测试

AC230V/50Hz 辐射测试