本帖最后由 思睿达小妹妹 于 2022-5-13 10:06 编辑
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本文,我们将介绍的是CR5249_18W 电源适配器解决方案。
, B6 n( z" e: j0 J1 t
3 w: N2 b P! M( s4 t01、样机介绍
- u( y) {2 f8 L- y
' U* s& _* _% q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。. j+ N5 w& z/ ]* c3 }: S$ G$ e" z ?
7 J ^# e6 }; o
CR5249_12V1.5A 工程样机示意图 6 X# T( C! C5 Z+ J& E, R
CR5249) ?3 D$ [8 F) i4 P, j2 p7 U* Z1 u
8 l( C2 n; _5 A8 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。
$ U1 N9 j; @: C# X. I$ O
8 K% q4 k" b8 t: z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。! B: v, t9 Q* \ p' W5 l# H
& h& k+ J% m" e4 D: X$ y
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。5 F3 H+ B; G8 [+ [( E' i: l: o2 `
& m6 e( y6 N2 F/ H芯片特性6 ]9 V: Z6 H' u3 a" A4 ~* r5 |
% Q9 d8 R0 n1 `9 w3 K! O● CR5249 是DIP8 封装的新型反激功率开关7 n% q! E2 p3 N& U; e
● 内置软启动,减小MOSFET 的应力,内置斜坡补偿电路;
$ |. b% {! L$ c) d4 V● 65kHz 开关频率,具有频率抖动功能,使其具有良好的EMI 特性;, R5 H1 F l( k5 ]* `# w* J$ K
● 264VAC 输入待机功耗:<75mW;/ `6 H. a, W' C; ^
● 具有“软启动、OCP、SCP、OTP、OVP 自动恢复等保护功能;
2 y# U% N: B: x3 J+ s0 d● 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。
! M Z, Q F( z9 R9 G3 _● 能效满足DOE Ⅵ 和CoC V5_T2 要求+ \6 l( ^6 f. x) K% i1 E
% @) H) v4 @: E1 o# ~# Q5 H6 \
基本应用
1 E, \5 s: e: L/ m* V" @" m4 x& L; T- }, D
● 电源适配器
+ x* e* `/ q) y; e5 K● 开放式电源; ]- J' e5 g' i, d2 ?: b1 r- q
● 数码相机和摄像机电源
& G) a% i& l8 D5 O$ F● 电脑和服务器辅助电源6 h% r8 [5 Y' t8 X6 w3 T2 `
● 机顶盒电源$ a9 N% H0 C- h# o! U$ @; A+ g
● 掌上电脑电源
9 }9 i" q0 @6 i: Z% G
4 F V$ ~ ]+ k/ `6 D( P* W( t引脚分布
4 V8 L) O0 u% y# z8 l
7 H9 q! F% r* h! o6 K L- q2 |, t/ O
引脚描述
2 I2 m6 o" R; j7 X$ W; O; L+ ^4 O& p* M% n7 |8 Y( l& c
/ e% }9 X7 w% B3 `5 n5 x6 V典型应用
: ^; d) Y+ |+ |5 h
2 d9 F/ @5 |4 X# I
# R/ F% @9 \, b4 g: A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。, G; }3 y$ h% |9 V- B& J7 c2 C: c
8 F# O' l5 j' ~+ u" U, i8 a4 O; Z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。
2 p& R l9 R# Z, K4 `1 \8 V: J$ Q; N4 K$ } Y3 D+ a3 A' W0 M2 \
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。
$ [) |" O( G Y. N0 `) S5 R1 w) D# V3 S
02、样机特性
4 N) @/ E% v1 s' J1 l i7 ]" A0 G2 X+ M) I
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。
0 O/ P8 o8 j, w9 R2 W' E8 F2 s6 z& @. p& o! |* d$ b
2.1、输入特性:
4 w# W7 \; r/ J, _8 m8 ]7 M, g ! U! i$ y" H c0 t( [; u0 g; ?
- Q8 B8 y8 K8 P, ?* D
2.2、输出特性(PCB END):
2 |! p* i: W! j, x) b * V. o1 ]8 T; |* A% a5 a
2.3、整机参数:
" `5 p6 E( e6 @8 t( m- e1 W4 I ) b! G% A. v! t& k# f
2.4、保护功能测试:% ?9 v& r5 Q9 @- t$ w
, U1 o# B. z3 a$ |9 q2.5、工作环境:
" ~$ `7 ?; Y& S0 O8 M n
% c- N6 O1 `- B0 u. K" b! c2.6 测试仪器:
% t. |5 a' \) Z2 x1 Z# @3 x1 h03、样机结构信息
' w7 Y/ L3 L2 N* z3 ^
7 J2 h7 q* i8 d q, `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。5 c3 l% ?" c% E, L. t* o) D$ W
! I0 l/ j. m2 c' G0 s4 w6 P/ ^3.1、电路原理图及BOM:. S; Z4 d# P. e, v& m+ q
" H3 ?! G/ |* m" c6 S; x5 e* r; L
3.1.1 原理图:
t( X; Q; {0 |5 Z/ A) |
# e2 H/ H/ i2 J2 s3.1.2、元器件清单:
# \7 V, W1 L9 q6 J5 M# e! h! I8 \9 C! m0 W- s
+ s5 I% `. \, l/ T- M3.1.3、PCB 布局&布线:
' s- ?4 p4 }1 D8 j, ]7 k! v+ b% X3 \& y' o( h
PCB 顶层布局
1 i7 I- b% ?% G5 {/ P4 m
PCB 底层布局 3 L+ k7 A, U& E; r6 Z
PCB 底层布线
: H9 T! g+ _) ]- o% Q' U3 f0 M7 z3.2、变压器绕制工艺:
) }" U5 H+ C- e' `
3 S! Y$ z% Q9 }1 z% ~* T3.2.1、电路示意图:
$ H. f! c& X4 A1 O. F9 \! b
, J% g3 s: k' K( |) P+ X/ _: Y; u6 z9 [6 y+ R# w7 |! ?
3.2.2、规格参数:5 m: W0 H1 K4 E
: Q% a9 T) D! f$ w& H; ?$ i! K
1)骨架:EE19W 磁芯加厚立式(5+5PIN),Ae=46mm²;6 |2 U& S6 E; f% D8 v+ i
2)材质:TDK PC40 或同等材质;
' |- ]* J$ F% l0 r) b: o6 W3)N1、N2: 2UEW 漆包线;N3: 三层绝缘线;: n" C# t' }8 G4 O$ C8 U; W
4)次级绕组从变压器顶端进出线,磁芯接地6 P5 N* `5 E7 Z& y
5)绝缘胶带:3M900 或同等材质;
5 n& W: u* `- G, m6)初级绕组感量Lp:1.8mH±5%(测试条件:0.3V,10kHz); P, ~# h9 i! u* f
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));
% s9 `( f# G- h# A T G8)耐压测试= 3.3KV 5mA 1Min;% t, G" g- ~2 J6 Y
9)成品要求:浸凡立水;+ o# R8 ^# P7 ]& Z! s1 |
0 f, _5 D* o V7 G3 D% Z
3.2.3、变压器参数:
( h3 G- f. A/ t5 Y' L& r3.2.4、变压器结构图:
B0 y; M3 d+ b8 D% W' S& a ^9 \' I6 V; g/ g" @
: d, w' F% D9 w4 B* Y1 Y
04、性能测评
* c1 y" @3 u) X$ S9 ]1 B! `( h# O7 C6 F* }5 X H8 _- k
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。+ q" F$ R# e; Y/ G7 C4 j
8 w* ~6 W( `$ G( w1 M! i5 I3 w; K4.1、输入特性:
7 T8 j% s) P0 h$ O9 ?2 i' ?+ u
/ l8 q2 m. V0 ]0 U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。# ]" p4 @. h; B9 G, P2 H
+ R* V6 E+ i! ]& t; x3 ~- _
表1 待机功耗0 c& W8 u, F6 u) f p5 k
2 u( y3 g. Y' \& _) S$ {# C; h0 W4 D8 y5 Y, l
表2 输出100%负载下的输入特性) e2 `( J2 R/ a+ t
. l2 f& q! \3 P$ b
k; p w4 E+ j6 i$ |( g表3 效率测试(1.5M 22AWG Cable)$ q5 j6 g- }+ h, k
2 b4 w" D0 k2 c& _9 }! D
~0 I; @2 S- K1 [, [3 H
表4 效率测试(PCB END)( W8 w/ D6 k# I, ]4 Y/ R
{* |, i( ^; l9 t" Z; X8 M( [; V, [6 J, P! m( ]. `
表5 能效等级评估(1.5M 22AWG Cable)* M9 y% z; R* k
# k, d8 @# z. q2 ?$ t. A3 a$ K2 `" J$ {
4.2、输出特性:6 {* r4 q) |8 q, g
2 _: S" @3 B1 q1 h1 H1 h( _) N4.2.1 线性调整率和负载调整率: ( PCB END )
0 t; G( q4 Q+ H9 S- S9 J( \ a i; e7 n. i4 r7 w9 J) \
" p4 b. M8 Z! ~& |4 ]; t1 T+ u" H/ N" y8 f$ b5 z) Z
4.2.2、输出电压纹波:- `( }2 d9 ?! M$ c2 \. C m6 ~# |
4 M! j! W( w- I4 o7 i2 H- X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。/ {2 _% _+ v, T) N7 u
9 {! R' _: c, Q; j6 w1 s) Y1 n3 V5 t3 s7 k/ C. C$ t
R&N @ AC90V/60Hz,No Load
1 w+ G1 X$ `0 m- x3 l3 B
R&N @ AC90V/60Hz,100% Load 1 n. v! s7 \2 @5 |0 A6 [
R&N @ AC264V/60Hz,No Load 5 q+ B5 }: `: s; I
R&N @ AC264V/60Hz,100% Load
8 U R3 q! I& a% G( v, w4.3、保护功能:$ W/ C7 `- `+ E: z) F( Z
) @8 C% q w1 ]4 ?( G
以下涉及过流保护、短路保护的测试。* ]: w4 H8 C; k9 _6 ^
; v; i: ~ b6 q M6 c/ f
4.3.1、过流保护:) S; l( V9 P, o" ^. [# N' c
* {: a# x! E3 U
4.3.2、短路保护:1 Y% E( d1 x. E
0 n! w8 _0 ]( I) d8 S) n功率计电流量程2.5A,开启平均值模式测量。
; J) G( P1 ~4 \( }7 \5 v
* L7 Z+ A" b9 ?) U' ^4.4、系统温升测试
; s4 v; ^" E4 ?. S7 T2 T; x7 O. y! l3 M# t2 ~7 n. K1 J, |0 G7 u
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。
3 v/ t, n1 {3 C9 r3 j' I* Z( ~9 e) l# T+ ]4 k7 n4 Z
测试样机及配套外壳
8 M$ ~/ H9 o3 r5 G! e* F6 U
- C2 ` r, q7 `6 m0 ]; H) Z: y
& i2 L3 `/ W9 P$ I' r4.5、动态测试:* F0 e4 y5 v0 q% {7 ?9 F2 a' x
8 ?; b6 A* c$ B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)
, ^. I3 p: k! K
4 H$ ^4 f: @- _ X2 F
AC90V 5ms 0 f# ?& b# l1 m, [, U7 |
AC90V 10ms % Q/ u2 ?. D( }3 L: d7 l2 ~# u
AC264V 5ms
0 o7 j5 W6 f$ i0 R
AC264V 10ms , n' F/ [* r; _; ^8 H' ?5 q; @# N
4.6、系统延时时间测试:
9 `# U& P4 H% `* G0 S8 ^1 Z) f
/ D2 c0 E7 S% L0 M
TON_DELAY @ AC100V,100% Load
6 O# N2 U8 C$ q& ?
TON_DELAY @ AC240V,100% Load
. o! V y6 d. z, e
THOLD_UP @ AC100V,100% Load 9 c* W9 M0 |$ ]8 Y
THOLD_UP @ AC240V,100% Load
* n M. R; _) L$ Y" b8 I4.7、其它重要波形测试:0 S6 a4 F; a+ Q5 T
3 c* ^/ p) ^% ^2 l, vDRAIN(蓝色)端、CS(红色)端波形图:
2 V% i l1 h: [; j5 L, N
) z; q: W3 M; P, ^7 _4 ]+ N
AC90/60Hz,100% load 8 M. u, y. A$ v) }; ?, J
AC115/60Hz,100% load 7 v- u5 i: g0 X; o D
AC230/50Hz,100% Load
& W# q! `6 x: G/ K
AC264/50Hz,100% load
% c, a8 a5 @4 A# u其他波形测试
& [7 l) A; q5 J. e! N2 |1 D# K% `/ ]# X. U& V
AC264/50Hz,100% load 输出肖特基电压 / y8 H" j9 [& q/ @ ?7 l/ C
AC264/50Hz,输出短路,VDS VCS 波形
5 f( u( }: x/ o2 r+ z0 o! d05、EMI 评估测试测试条件:+ d) w, g4 P9 l! j5 E+ Y
) i! U" g5 Q0 x6 [+ m% h输入:AC115V-60HZ/230V-50Hz;
1 ~. C0 v2 h- G9 @输出负载50W 8Ω大功率电阻;
" p" X* C% j; [* E限值标准参考:EN55013、EN55022B。(辐射测试结果仅供参考)
9 c$ H; I% A% X! C/ I0 ?
! e& i3 U' Y; ~6 J8 M
AC115V/60Hz 传导L 相
, n. {9 Y. Y3 k& o
AC115V/60Hz 传导N 相 ; o' F- Z' O! o8 o6 B) R
AC230V/50Hz 传导L 相
' G$ n0 Y! c9 C0 r! c# X& P# K
AC230V/50Hz 传导N 相 - Y T+ j) f3 P7 B
AC115V/60Hz 辐射测试
$ J% Y1 Q R& h7 \$ ^
AC230V/50Hz 辐射测试 |