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
  _/ a+ U4 f2 t7 S' d/ B9 c3 s$ `
0 i( j, u# p, q* E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。
9 q+ c! P/ e' X; c

CR5249_12V1.5A 工程样机示意图

* \4 j' H) L: B7 \0 [8 J  GCR5249

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。
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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。

& P( u' o9 u2 k: {芯片特性

● CR5249 是DIP8 封装的新型反激功率开关
6 f  J9 L' K. O8 D  s● 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；
- _- L# `% e" Q7 v! v$ {5 p● 264VAC 输入待机功耗:<75mW；
% v4 u' r6 v) L1 Y● 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

基本应用

. G( n6 @# S7 W* X& J. h● 电源适配器
● 开放式电源
: Y  F/ X# O' F1 R● 数码相机和摄像机电源
: W$ Y9 I; K6 q5 \● 电脑和服务器辅助电源
● 机顶盒电源
* O; H/ e. s1 s2 s% v- p● 掌上电脑电源

引脚分布
: K# g/ L7 X4 j  @8 z' e

引脚描述

典型应用
( }$ k: l5 f, {; @) q# z
/ R  R1 j' N& G  {3 p% `+ Z: G

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。
( x9 \% J0 A& ]1 o
  ?& g+ y& u  d; N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。
/ H6 Q/ O: I# a9 h! D9 a; T
4 b- H" y" F1 r0 y+ P" e02、样机特性
) y/ P2 v. e0 i' ~4 l9 _5 _4 X7 ?4 Y
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。

# [7 h( x, o, S! c# @4 [2 y- n* g2 Y2.1、输入特性：
, M! ~% z3 E2 D: `6 s

: ?4 \7 s! b8 ~
$ |, F2 w! H3 O* a( s/ L( R2.2、输出特性(PCB END)：

  t% U7 Y3 k7 \6 F7 [" r2.3、整机参数：

$ s. g; {4 T: |2 ~9 l" c9 r; z3 |2.4、保护功能测试：
1 }5 I' \# @: Z9 C" z

2.5、工作环境：
. d( K: U* z0 {% ~8 s+ s  g/ w2 y

2.6 测试仪器：
+ ]8 s! y6 O( i6 ~, h5 V' o3 m0 m- F

03、样机结构信息

; C, \* n! [7 i  p2 w7 D  G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：

9 e3 `& c. ]4 d9 q3.1.1 原理图：

3.1.2、元器件清单：
/ ^6 i$ G+ ]) h5 Q9 R; [

  s1 o) h* A, p- l$ _3.1.3、PCB 布局&布线：

( x  \! O% U3 z5 A

PCB 顶层布局

3 X2 ~# w% i( U# K. Z# k

PCB 底层布局

PCB 底层布线

3.2、变压器绕制工艺：

' `' K$ u! V6 g# t! Q+ i) o; \& x3.2.1、电路示意图：
# P& B5 j& ^$ e
5 C- B1 q# W" E

3.2.2、规格参数：

! O) r$ D% |* N: B; n' q; K1）骨架：EE19W 磁芯加厚立式（5+5PIN）,Ae＝46mm²；
2）材质：TDK PC40 或同等材质；
' ?2 ], c* k0 {$ s0 Z# Y2 `7 D3）N1、N2: 2UEW 漆包线；N3: 三层绝缘线；
' z! \" D3 u- D. }7 a4）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；
+ ]* `/ @: r) T8 n6）初级绕组感量Lp：1.8mH±5%（测试条件：0.3V，10kHz）；
" n0 d( d  k/ I# A9 Y- e7）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；

3.2.3、变压器参数:
8 n+ p: ?1 \" H" [3 o8 v

3.2.4、变压器结构图：
5 k9 N, u3 E# r4 M" o
( e1 P! P6 r5 q( W3 b, k

- m8 M$ l) v) L0 ~6 i' ?$ T04、性能测评
6 _# z& V5 I7 J4 o9 N1 C. T" }6 N
% x" {+ d3 `% ]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。

4.1、输入特性：
  H$ y" S2 ?2 ~
+ [5 i: a. h8 Z/ h1 y1 c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。

表1 待机功耗
% v* T( F3 ~  d" y, C( k

表2 输出100%负载下的输入特性

  H  V! t5 U4 Y0 ^/ |
1 B4 M9 g& h% Y表3 效率测试（1.5M 22AWG Cable）
0 C6 S" V  S& u6 a. p9 }1 y2 |# B: P

1 w6 G% P) R% Q* J; x) }) m! w' l
表4 效率测试（PCB END）

6 E$ a4 s- n, ^# u表5 能效等级评估（1.5M 22AWG Cable）

4.2、输出特性：

6 w" y" |: q! x; T, z5 |: k4.2.1 线性调整率和负载调整率: （ PCB END ）

) ]$ C+ Y7 J; Y- _4 V- L

4.2.2、输出电压纹波：
& @; ]" M- i2 a5 e7 G, A! F3 _
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. U  r- J8 y; E5 T" t

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

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

/ ?, a4 i8 C* m0 E

R&N @ AC264V/60Hz,No Load

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

4.3、保护功能：

8 s1 ]3 f+ J, y3 O$ P以下涉及过流保护、短路保护的测试。

4.3.1、过流保护：
& j9 y( b/ f/ C1 }) [$ s' j, Z

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。
) U% M- H- E4 c( G  ~

. a& M$ s$ x- W- f* W4.4、系统温升测试
, L% |1 v; @6 _
# ~- `2 ~0 _# a  ~' a/ T9 s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

. _* R2 g5 X' x

/ j) g# [* M, a; m) C# n- y& j8 v- s4.5、动态测试：

& p5 {/ w% j% k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)
+ G' H8 @: I& f2 u$ P
" N' U4 A, D3 W- K5 V+ l8 v$ V

AC90V 5ms

4 J4 m) v4 J: ]' ]0 [% q$ P& ]

AC90V 10ms

AC264V 5ms

AC264V 10ms

4.6、系统延时时间测试：
' y9 B2 e$ s/ a0 c

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

% \) Q+ z( U* |8 V2 ~

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

$ m% \: m# T9 k7 i) p

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

  f6 A! @- G9 x7 S

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

7 B" U$ y/ e- C2 k) O, F4.7、其它重要波形测试：
' z* }# t; ~% S  C4 x' z, {$ D
& A& D% q3 U+ L) EDRAIN（蓝色）端、CS（红色）端波形图：

AC90/60Hz，100% load

AC115/60Hz，100% load

  V# c6 G! k. y: z

AC230/50Hz，100% Load

AC264/50Hz，100% load

& v1 \7 N1 C/ f# c2 \% {5 N8 E$ b其他波形测试
. I, b9 I0 m* m3 p$ {
# m$ a; z. p, j8 {" N# A

AC264/50Hz，100% load 输出肖特基电压

AC264/50Hz，输出短路，VDS VCS 波形

7 B# q' y9 a' x8 n( |0 r1 t' ~05、EMI 评估测试测试条件：

1 F, z. ?$ ^( O/ w3 y# Q9 B1 h, Z' t3 O输入：AC115V-60HZ/230V-50Hz；
+ \* `1 A" i, @- E. p! i! I6 X- t输出负载50W 8Ω大功率电阻；
+ k& L9 k4 f& i5 x; U( u) d限值标准参考：EN55013、EN55022B。（辐射测试结果仅供参考）
/ R" D4 H/ a* Y5 D/ p
3 v" m/ }# x5 L2 H2 ^3 q, Z

AC115V/60Hz 传导L 相

AC115V/60Hz 传导N 相

6 t3 x, D! i7 V; j/ R, U

AC230V/50Hz 传导L 相

& z+ y) ^1 B7 g0 T2 [/ f

AC230V/50Hz 传导N 相

AC115V/60Hz 辐射测试

; M3 I- C2 R9 t$ V

AC230V/50Hz 辐射测试