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。

01、样机介绍

0 z5 y& t; Q  P: S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。
+ H- R/ v" n- V

CR5249_12V1.5A 工程样机示意图

" \! E+ F7 `) LCR5249
8 ~# R8 Q2 k6 {, n/ G
- X7 A" d" R  B4 m2 {* CCR5249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。
/ u' f/ b# B+ s1 ?4 ?) c: h
$ H: W+ }2 X1 U: @6 _7 _; {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。

芯片特性
5 L2 X" W' s) p: ]1 J  x6 X9 t
● CR5249 是DIP8 封装的新型反激功率开关
+ U0 v$ j% r- }. t! z* S+ D● 内置软启动，减小MOSFET 的应力，内置斜坡补偿电路；
● 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；
- Y5 @" S* M/ S* y) V# U● 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。
9 r4 h' v0 q4 n! _2 x* @● 能效满足DOE Ⅵ 和CoC V5_T2 要求
: p! R: H6 E3 q0 H  V
基本应用

6 Z* H" `8 C7 w3 Q% M& C● 电源适配器
● 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
7 d3 U# S, y$ S5 |3 w● 机顶盒电源
9 y% f& r! V% D* D' R● 掌上电脑电源
8 u2 j7 n) K. J( s" ?6 v9 H, y3 ]
引脚分布

! Y3 G/ {" w. ]

引脚描述
4 M5 e% [/ `3 F# ~0 Z( h$ M& R
. ~" M9 ]. f+ h: \* J+ w

典型应用

( Z3 X+ x8 j- o* l

3 U- Y+ J  I: @3 x, O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。

' S* B, s- n1 H9 F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。
, l, @7 W* }8 f# U5 A  @# {
, v- d3 I& Z6 `$ O  ]- j* z02、样机特性
4 b4 X1 j' a$ ?0 L; h
2 B* P$ k+ |. }, h$ K% `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：

, q$ R- y+ _5 P- |+ Q5 \. `, i% x
1 v, s) K: o; F. q. z* U8 ^: O9 {2.2、输出特性(PCB END)：
4 B% J% U# {" _! _* y/ X

2.3、整机参数：
* w* G9 d! [; M

  a3 H) P! r6 O, @& g0 a  ]2.4、保护功能测试：
: z. \. u2 M1 B2 z# B, M; A

2.5、工作环境：

2.6 测试仪器：
/ u( [6 g6 Z7 n3 s) t4 n4 X

03、样机结构信息
4 c, M0 P# _+ D" w# g5 L
  J6 m( W- E. L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 c7 R. u; f4 i' V3 b3.1、电路原理图及BOM：

3.1.1 原理图：

3.1.2、元器件清单：

& e- Y, L( c+ \7 w  b- G, w3.1.3、PCB 布局&布线：
  }* H9 o) l" i, n, O0 e( f' i% `

PCB 顶层布局

PCB 底层布局

, N: b) z3 \. w/ a, v

PCB 底层布线

3.2、变压器绕制工艺：
4 i( p& p5 u- H. y
3.2.1、电路示意图：

& I8 @- l" {8 x& ]; L, S

3.2.2、规格参数：
/ W' J, o; W1 c- c/ z( F3 Z
  y/ {2 ~# u. T. g& E! s' t' [- t1）骨架：EE19W 磁芯加厚立式（5+5PIN）,Ae＝46mm²；
2）材质：TDK PC40 或同等材质；
" M9 R# F0 X; D3）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
1 T8 W4 V8 O4 b: O5）绝缘胶带:3M900 或同等材质；
- G. [2 K5 `, Z, a  B9 _9 \6）初级绕组感量Lp：1.8mH±5%（测试条件：0.3V，10kHz）；
: H$ A( @3 S# h0 J0 [, \0 V7）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）)；
* D, L/ \2 j7 Q9 k! i8）耐压测试= 3.3KV 5mA 1Min；
3 _$ b3 n; f  ]0 c9）成品要求:浸凡立水；

8 ^1 O: [4 W% S+ G  d* c8 Q0 h/ F. f3.2.3、变压器参数:

3.2.4、变压器结构图：

6 v  W3 s' O0 A

8 K6 z; X& F6 D04、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。

( U' \- N6 c2 i. R" ^6 Z6 I8 ]9 N4.1、输入特性：
+ [8 Q9 w% v+ z/ Y- U, {1 S9 L
# X; }4 `5 j+ [% y5 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。
) R9 j# Z6 ?  ?5 \; s8 W* m+ [
; ]& e, g6 E3 _; c表1 待机功耗
4 i4 K! l: V& M3 D9 t; n$ k. f  b

! |( l  i' g/ f) A2 X* f
0 E7 f. [' N  x% O表2 输出100%负载下的输入特性
, D/ I$ Y" m$ j8 C5 Q

表3 效率测试（1.5M 22AWG Cable）

表4 效率测试（PCB END）

' k0 L3 q% y6 V
表5 能效等级评估（1.5M 22AWG Cable）
% ^7 o  c+ `! i- C& f7 ?$ p5 m

4.2、输出特性：

4.2.1 线性调整率和负载调整率: （ PCB END ）
: r& d, Q  K& f2 s% i& i& ^

) e1 w0 v+ _- x4.2.2、输出电压纹波：

8 T" V4 G7 l; ~8 E7 G. 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。
9 I; a5 a' D* q! ]2 G

) L, w/ k, X7 e  g9 V( t$ P# a1 E

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

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

: n% _9 C1 k' ], w

R&N @ AC264V/60Hz,No Load

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

4.3、保护功能：
0 D# q0 l$ O) r/ E9 m
以下涉及过流保护、短路保护的测试。
- p% b) V' t$ c9 b) e
4.3.1、过流保护：

4.3.2、短路保护：
6 ]# M+ ~; v' r4 ]. Q
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

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。

测试样机及配套外壳

7 U" A! z5 e( o9 {& e5 r; w7 |
/ K; r! G) G- G2 J+ z7 M. I, e

8 d, K" V) }! h4.5、动态测试：
) x0 b% c4 ?9 d4 @
& \, H- x( p6 |' g" ^  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)

AC90V 5ms

AC90V 10ms

AC264V 5ms

AC264V 10ms

4.6、系统延时时间测试：

* O2 f( g* F/ c) x' P# p% u' e$ T8 A

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

9 F( d  j7 S* }7 Y6 `+ c

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

1 G/ P1 J8 j7 ]! F' S+ L0 S: H4.7、其它重要波形测试：
1 J; a5 F8 V/ T- }; m3 U+ O1 J
7 `: \) K+ j: @$ o/ T0 hDRAIN（蓝色）端、CS（红色）端波形图：

: i# a; X5 O1 q8 E

AC90/60Hz，100% load

- P& Y2 V- }2 T, U3 t

AC115/60Hz，100% load

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

, U3 \% H4 ~- E

AC264/50Hz，输出短路，VDS VCS 波形

05、EMI 评估测试测试条件：

- t# M( U0 S; [输入：AC115V-60HZ/230V-50Hz；
输出负载50W 8Ω大功率电阻；
7 o7 r% Z! z# K$ s0 \+ H7 o& h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

% Q1 j6 \2 H$ B8 }' c) j9 s

AC230V/50Hz 传导L 相

8 E9 ^+ s8 w4 j4 w# J

AC230V/50Hz 传导N 相

AC115V/60Hz 辐射测试

AC230V/50Hz 辐射测试