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

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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

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。
' V; `1 v  `! M" a7 C6 }& K+ s

CR5249_12V1.5A 工程样机示意图

CR5249

& q: [9 e  l0 j. o6 J. b3 eCR5249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。
# U1 \6 C5 Y0 t/ D: W
8 K% p8 R3 y" o: N/ ?芯片特性
% W) F4 m8 Y2 Y: R
* P8 [+ }8 \" V3 H/ o: K● CR5249 是DIP8 封装的新型反激功率开关
6 g' J/ Q* ~# z! x3 a; A; r) o4 n● 内置软启动，减小MOSFET 的应力，内置斜坡补偿电路；
8 c/ v) ^$ B3 |. b! N% D● 65kHz 开关频率，具有频率抖动功能，使其具有良好的EMI 特性；
$ s$ h, N! }" k5 l0 A0 h" Q6 r. g● 264VAC 输入待机功耗:<75mW；
3 z9 o$ m8 ?- n4 r# N$ r* v, `● 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。
' M4 Z: x8 a. {; h! w● 能效满足DOE Ⅵ 和CoC V5_T2 要求
+ L" i, S5 U0 `0 G2 A* R
' i9 P4 U  d& k8 b: A% _基本应用
; `6 A+ `+ Y$ Q- u
● 电源适配器
● 开放式电源
● 数码相机和摄像机电源
4 W: D3 w$ ~! `5 @( E) z● 电脑和服务器辅助电源
● 机顶盒电源
● 掌上电脑电源

引脚分布
  H4 [6 s" e) Y$ G" b

引脚描述
. N: \3 g1 E& x0 |( H
5 k5 A1 {3 p1 u6 P" u

7 H1 m; Q; @9 W  [3 L+ J) u# g典型应用

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。
. d$ h2 E% ^3 s4 d) 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。
% M3 h7 c: K- |8 x
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。
: w" Y6 _. Y5 E9 b8 B
  Y) M- w: T4 A" q& R6 L+ q. c( S02、样机特性

1 c+ M4 a3 S, z% ^( V+ k; m, g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。

4 q; j3 I1 a; ]2.1、输入特性：
+ Y1 U6 \, Z" x5 E7 v

+ B4 Q) k* d3 |' m! K* k: b2.2、输出特性(PCB END)：
- x# M! d' P8 k  s: t+ K

8 \1 ?" d# {8 g1 S& X( k2.3、整机参数：

2.4、保护功能测试：

2.5、工作环境：
) H- m! W6 T3 G/ n/ Z- q  `& z( @

2.6 测试仪器：
) \2 B5 U. b: S6 K3 [

03、样机结构信息
: v. y0 X  o2 d, [& Z) H
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。

* b; t: f3 B* S6 v3.1、电路原理图及BOM：

+ ]7 _1 c: A1 ~/ y$ l8 u. I3.1.1 原理图：

3.1.2、元器件清单：

# Z9 u/ G6 Y0 E

: U; O' |* P1 X9 X. S9 l3.1.3、PCB 布局&布线：
8 f4 i/ L$ N0 Q

PCB 顶层布局

PCB 底层布局

; K- o) b* J* z

PCB 底层布线

6 D4 s" {6 j; {3 d5 |3.2、变压器绕制工艺：

8 _) M; e7 S. F! \; b. y3.2.1、电路示意图：

+ U9 n& b3 q, m1 ^8 u9 @6 _0 u4 H3.2.2、规格参数：
+ \' k: D2 p+ w; l
0 P- v/ e& s  n, |/ E4 _1）骨架：EE19W 磁芯加厚立式（5+5PIN）,Ae＝46mm²；
2）材质：TDK PC40 或同等材质；
' Z8 e" f& i! Y/ K4 v& k3）N1、N2: 2UEW 漆包线；N3: 三层绝缘线；
$ i9 h: k) h9 W7 |4）次级绕组从变压器顶端进出线，磁芯接地
. Z2 D0 R4 d" W5）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）)；
; e) x; x9 y/ T  y' K" Y8）耐压测试= 3.3KV 5mA 1Min；
, i; ]8 @/ h5 R" G9）成品要求:浸凡立水；
) p$ e7 h7 |6 @4 s, c/ V
3.2.3、变压器参数:
6 S" O2 j7 F6 N

3.2.4、变压器结构图：
6 [+ U: V2 R4 B3 a( f4 X% k$ Y
4 P4 H5 N8 k2 G; v7 B

2 e7 m9 }8 G9 L8 A- a04、性能测评
' K. {* k8 |. V/ E1 o4 |
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。
9 [8 J/ s1 O( w/ V
% y' \. h( Q+ R2 }( H: m9 ^4.1、输入特性：

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
$ K- _% F" M: {' ~* P

0 a, R9 c- ]: o# ?: F3 a0 P表2 输出100%负载下的输入特性

( p2 D: n# g/ v7 j) [% G
表3 效率测试（1.5M 22AWG Cable）

) B# U: o3 K; I) B$ U6 ]; F表4 效率测试（PCB END）

4 t# A8 O3 M' }' B7 O1 |2 N% A6 g
表5 能效等级评估（1.5M 22AWG Cable）
/ W& o* v% m( {

% V- w" l6 t, F9 |( g, `0 f
- N$ w1 k& `$ a( t4.2、输出特性：
: P/ e5 q. s0 k
$ N* A, q) x" E7 j, [  a4.2.1 线性调整率和负载调整率: （ PCB END ）
( Q  X6 f. z& d* {2 a0 d7 k

4.2.2、输出电压纹波：
" t1 W" @" m8 C$ _' o
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。
1 d+ z' K& H" p8 ^- C
6 S) i, S6 \/ ^  Y& \

; u' }8 c6 B0 U; L

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

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

R&N @ AC264V/60Hz,No Load

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

! N9 N$ I: K" P. r4.3、保护功能：

0 K( p8 }2 V* x3 N以下涉及过流保护、短路保护的测试。
0 N9 c' d8 O8 i& B4 X$ H2 c% C
" {) b# x; M6 m* h( y1 W% @' m& R( n4 B4.3.1、过流保护：
  E8 Q2 i; ~9 h; i+ e! L, {3 N

! Y; y4 \* O2 ]6 Y. @3 C4.3.2、短路保护：
4 P0 `. ^2 N6 A  f! J2 q
+ v( j. u4 O3 L! U. T8 J功率计电流量程2.5A,开启平均值模式测量。
- n- F0 Y5 u- W8 a/ k/ U* i9 _7 P

) ]$ g. G9 K* {* R5 V4.4、系统温升测试
# |) Y5 C2 G$ `/ w
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。

, V8 N/ k# L0 }8 m1 K4 {4 n6 r

测试样机及配套外壳

! p1 A7 Z( x9 \/ n7 M- C2 K

4.5、动态测试：

# ~- |. I0 J. R9 E7 U, c0 u" A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)
1 V& T) F3 l2 ?! d

AC90V 5ms

AC90V 10ms

AC264V 5ms

# P6 z" [8 Y; t, Q$ b( }/ X4 k

AC264V 10ms

4.6、系统延时时间测试：
' Y0 R) r( R' g8 ^7 j, m+ `% m2 p! t. q
% N4 g' K4 M- A. H

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

7 S% K; Q0 g+ R6 a6 k4.7、其它重要波形测试：
$ F! a7 d% i. P- r: a$ D
DRAIN（蓝色）端、CS（红色）端波形图：
1 l) d8 G3 V$ e! b1 T
) o6 c) k  Y- X3 M: c0 b

AC90/60Hz，100% load

AC115/60Hz，100% load

AC230/50Hz，100% Load

' n3 E1 F2 X+ T2 c6 Q, p" q$ o

AC264/50Hz，100% load

其他波形测试
, @& X) G# |2 N/ u6 {  p3 H$ @6 x1 ^. d4 K

AC264/50Hz，100% load 输出肖特基电压

AC264/50Hz，输出短路，VDS VCS 波形

. x/ ^8 j; G7 b& D0 v0 z0 ^05、EMI 评估测试测试条件：
# H5 j% Z9 F2 N6 o
" S& h& [' R! y5 a$ T输入：AC115V-60HZ/230V-50Hz；
' g3 r( \5 z" b输出负载50W 8Ω大功率电阻；
* P) P1 Y0 V* S0 g; D3 O9 v限值标准参考：EN55013、EN55022B。（辐射测试结果仅供参考）

AC115V/60Hz 传导L 相

" R* O7 q# g( O, O# _4 S

AC115V/60Hz 传导N 相

AC230V/50Hz 传导L 相

; R0 V1 ~7 H2 U! A6 h5 i7 P

AC230V/50Hz 传导N 相

AC115V/60Hz 辐射测试

# y+ Z- S  I5 Z2 d

AC230V/50Hz 辐射测试