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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+ X* w% c- g, w; K/ Y8 \  f8 Q5 s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 s6 i! {/ e  a: s- N
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。

2 B  f( x; [  F

CR5249_12V1.5A 工程样机示意图

0 ?! j5 ~1 v' A# d( v+ vCR5249

1 w; H) D8 k' T/ g" E. jCR5249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。
* I5 j3 M3 s! Q: K' X8 R
* O; s+ z8 Y; h# `; M3 w: p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。
) h2 c1 h) k  H$ p8 ~2 c* q  ]& a
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
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● 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；
+ r0 ~, r( |3 v# L" K  ~● 65kHz 开关频率，具有频率抖动功能，使其具有良好的EMI 特性；
% L- j/ M9 }4 f7 B7 s5 T' s! w● 264VAC 输入待机功耗:<75mW；
+ c, N3 k$ Z3 J# j2 _● 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
! Q2 E. E) i( C8 m& }$ F
基本应用
0 s1 ]1 }8 y, Q  L- x% P0 g
) |: D+ X  V% i+ e9 V● 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
* h. G" o  e& M● 机顶盒电源
● 掌上电脑电源
7 |* v5 r( A  i& Q4 k6 T
9 q3 y, p& o3 z8 c+ L引脚分布

& X, ~; ]. Q! s; n9 ]  ^8 e( _

引脚描述
  \$ V. Z  Y& T* @

* I: h- x+ z5 |9 I# X3 C5 p典型应用

2 J( ?9 t+ ?  c, L6 D

0 d' J' [  Z4 K- ]% E1 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。

# U0 D) z& q# Q2 q/ e( x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。
) W- V; p1 [) i$ t6 _* S. R) `
/ b) H. }; w' q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。
& E5 r0 f; e. t$ p
* z. l, L# x% u+ m0 Y02、样机特性

2 B4 g( h1 y( k( v0 ?' Q/ }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。
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2.1、输入特性：

3 n: h! K6 W- O% C6 B1 ]
2.2、输出特性(PCB END)：
% O( H7 O' ?2 s- e& R

2.3、整机参数：

+ ~8 q3 y7 e: @$ I2.4、保护功能测试：

: p5 p) `8 W, w& K! }2.5、工作环境：

' ?  B. l9 i. g5 a& b' ]/ \# ]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; V' s$ g" y. T+ i) p- I* R
9 z4 w8 ~% c1 j0 s1 j+ u3.1.1 原理图：

& D$ K; t- K! u- h( J5 w, o3.1.2、元器件清单：
* s- U  \+ m3 U* g% u6 o) x
6 B% N, G! \& A1 T

. _2 Y  D7 i# G7 {/ s3.1.3、PCB 布局&布线：

PCB 顶层布局

PCB 底层布局

1 I& D6 Z8 a* R

PCB 底层布线

! r5 ~; n: d  g% g7 x' W3.2、变压器绕制工艺：

3.2.1、电路示意图：
3 b+ T6 s) y8 Z) [4 b3 d$ j

' U& p1 P  @. e; |: Q3.2.2、规格参数：

1）骨架：EE19W 磁芯加厚立式（5+5PIN）,Ae＝46mm²；
2）材质：TDK PC40 或同等材质；
3）N1、N2: 2UEW 漆包线；N3: 三层绝缘线；
- C) V. V( k3 T" Q3 w4）次级绕组从变压器顶端进出线，磁芯接地
8 w) ?; q+ ~" e( d# f5）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；
$ B( C  I0 |0 w8 }9）成品要求:浸凡立水；
( V; q0 K' J* `; Y" T1 M
" E7 K% R. G* @! |  G" E: n( a7 F3.2.3、变压器参数:

3.2.4、变压器结构图：

04、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。
/ v2 |- h. F* F. {  {  b
4.1、输入特性：
" b$ ?/ \9 r6 u. H  z0 }/ H; 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。

' C( ]6 i. o3 @. t0 r表1 待机功耗
! u: ]* n4 N" o; W

表2 输出100%负载下的输入特性

& z+ i/ P" ^* P# |1 v+ X+ j, k! c2 D表3 效率测试（1.5M 22AWG Cable）

) }) e5 w" ~3 ^9 Y/ p2 {3 H表4 效率测试（PCB END）

1 p4 l- h( N/ e; c( C( ?
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 ）
: y; r* F% e( u1 s. I+ K: K
  b# o, z- s. R/ I

7 o/ u! X: H. @+ J# Q
. _# L1 c! H1 t- @0 t6 @4.2.2、输出电压纹波：

( d4 J' r% J- u9 a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。
! a0 O3 P4 n8 k' T# m

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

/ g. ^( d5 ]3 Q% k3 O8 o

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

/ e& _& ^" }# A7 T

R&N @ AC264V/60Hz,No Load

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：
& P6 ^$ b/ t, U4 i7 W! H- ]

4.3.2、短路保护：

" {4 E5 T; C) m$ U功率计电流量程2.5A,开启平均值模式测量。
  A, `: y& }5 I+ X) t

4.4、系统温升测试
& i$ X( w5 F3 ^
8 G0 F- h: G; ?! _3 H0 O: M( B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。

" r7 m, {, b5 b5 u1 W3 H

测试样机及配套外壳

  w1 J1 V' g& d" b' c; [# I

2 K# L/ |" N& l0 b1 g0 n4.5、动态测试：

1 E! m( A; I. A7 v& N: R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)
+ @! `  D0 h! E0 P
6 h2 L: ~; }1 {+ |5 S8 u

AC90V 5ms

/ ?# X5 g5 N5 K' e2 `$ H

AC90V 10ms

) t7 q& b6 a/ e9 U2 f; x9 l9 r

AC264V 5ms

" O9 k$ _! d% L2 \7 p/ \8 O5 Q

AC264V 10ms

  v" T% [2 Y$ ?) s% B4 L4.6、系统延时时间测试：
- m5 Y  j- J& i1 t3 t' n, Q! s
" O8 M" p; ]+ S9 U

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

% @/ D4 I5 H1 h! t

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

/ Y% \% |; I& i: z2 M

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

" g9 I2 t7 q7 \: H) Y2 d

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

' K  [7 ^8 S) ~  x4 X! i" T- D1 D4.7、其它重要波形测试：
) x4 [4 P- m( B& d
. O4 N/ |1 t4 S1 A: d2 IDRAIN（蓝色）端、CS（红色）端波形图：
, x+ p6 d6 ^+ p6 C5 S

AC90/60Hz，100% load

AC115/60Hz，100% load

5 G0 D" G: H- ^

AC230/50Hz，100% Load

AC264/50Hz，100% load

其他波形测试

; L  |' u8 O" ]* E9 V$ n& {

AC264/50Hz，100% load 输出肖特基电压

) B5 y. N  b8 e  I- a5 Q" f3 w

AC264/50Hz，输出短路，VDS VCS 波形

# O' {, r8 i4 g7 I/ Q" _05、EMI 评估测试测试条件：

# Z0 {* g6 T, V& ]2 V- t/ `7 S输入：AC115V-60HZ/230V-50Hz；
输出负载50W 8Ω大功率电阻；
限值标准参考：EN55013、EN55022B。（辐射测试结果仅供参考）
, R; J, m( G8 c* U7 A) J/ S- C
2 K. K* y, _9 G

AC115V/60Hz 传导L 相

AC115V/60Hz 传导N 相

/ {2 O8 ?, c' T* Y0 R) C# G/ n

AC230V/50Hz 传导L 相

AC230V/50Hz 传导N 相

, p! r$ U# H# F

AC115V/60Hz 辐射测试

' B- J  b( o* D

AC230V/50Hz 辐射测试