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。
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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。
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CR5249_12V1.5A 工程样机示意图

CR5249
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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。
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! Z, u7 t. J! ^  N( P4 x* 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。
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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。

芯片特性

● 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；
+ L. C8 e6 ~# S) \/ d- ?● 65kHz 开关频率，具有频率抖动功能，使其具有良好的EMI 特性；
' F+ L  n% O# l, z● 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；
● 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。
5 u- O, y2 l4 s/ w● 能效满足DOE Ⅵ 和CoC V5_T2 要求

) P( a- U9 _, m. J& }基本应用
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8 Q% J7 y. {' H8 e5 ^  E* Z9 `( s● 电源适配器
5 U+ a' W' D2 [5 K9 @/ \1 }● 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
" m! @% X& |, r# g. a) w● 机顶盒电源
● 掌上电脑电源
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+ ^3 W# ]% D  j3 x9 s1 ^% A1 ~引脚分布
( S) ?- v6 {# Q( V
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8 f  v% i: n. m1 }, c, D7 Z5 m4 e引脚描述
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典型应用

: L7 i: X( 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。
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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。

# q' x& z" @* y' W" o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。

6 v2 Y) L: ?) V% l02、样机特性
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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：
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4 j' B2 e% @9 u* B( q
! }  w4 r% N, a) q4 `# e" B. P- @2.2、输出特性(PCB END)：

2.3、整机参数：

2.4、保护功能测试：

( R& L2 m7 W6 ?) }2.5、工作环境：
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8 h7 ?% @9 R/ t/ G7 L2.6 测试仪器：

03、样机结构信息
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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。
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3.1、电路原理图及BOM：
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! H2 D! F8 ^2 f3.1.1 原理图：
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( x0 z5 t: ], ~& R) e3.1.2、元器件清单：
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3.1.3、PCB 布局&布线：
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PCB 顶层布局

PCB 底层布局

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PCB 底层布线

  p7 ^, ?5 k; Z1 D+ `3.2、变压器绕制工艺：
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$ s) U/ l- O3 }; z7 c3.2.1、电路示意图：

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3.2.2、规格参数：
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1）骨架：EE19W 磁芯加厚立式（5+5PIN）,Ae＝46mm²；
5 b, ~7 G' z. `2）材质：TDK PC40 或同等材质；
3）N1、N2: 2UEW 漆包线；N3: 三层绝缘线；
) A/ T) `# X- u" @( S: v) k; _4）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；
9 F/ @, e+ x' o$ y5 i6）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）)；
/ H1 f6 E( k( q8）耐压测试= 3.3KV 5mA 1Min；
3 d, o1 ?. I! |- U2 }( Y9）成品要求:浸凡立水；

3.2.3、变压器参数:
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3.2.4、变压器结构图：
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9 G6 s* M% L7 N4 E% t8 a: O( P

/ T2 F2 |0 k% D  ?" [04、性能测评

1 C& J7 ?4 C5 m2 f! ]8 r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。
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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。
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表1 待机功耗
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' G  R' v7 g/ d0 L表2 输出100%负载下的输入特性

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表3 效率测试（1.5M 22AWG Cable）
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表4 效率测试（PCB END）

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+ N$ l  W7 [. n% }9 {' J4 P表5 能效等级评估（1.5M 22AWG Cable）
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7 B/ X! k- i; M. \4 ]) o0 e
6 D! ?( W) O0 p/ B2 m9 H4 P: G4.2、输出特性：

4.2.1 线性调整率和负载调整率: （ PCB END ）
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* ?. I6 C, _, u6 R  z
4.2.2、输出电压纹波：
3 U5 n2 [# J) E# t, c  J) j: @
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。
' p& G, K  H0 f& [. O" n

9 u$ M' [  w# o: P- p: J

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

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

R&N @ AC264V/60Hz,No Load

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

4.3、保护功能：

- d( J: x( l6 D9 v  }1 J# |以下涉及过流保护、短路保护的测试。

4.3.1、过流保护：
4 {2 q5 k" \1 V1 K/ ~

/ D* m, s+ c" X6 M4.3.2、短路保护：
/ E4 x9 q5 v2 v: V
功率计电流量程2.5A,开启平均值模式测量。
0 F4 x1 |. W' l- d! p8 K* R

' y  N' L: E: Z- D4.4、系统温升测试
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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。
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测试样机及配套外壳

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! }6 w7 h: K: Z1 p

4.5、动态测试：

  N9 M9 i: \( 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)
9 D3 ]$ a) r9 W% L

AC90V 5ms

' _7 H) S7 M: M1 [

AC90V 10ms

AC264V 5ms

AC264V 10ms

4.6、系统延时时间测试：
2 e7 c6 Z  ~$ O* k6 P9 o2 z6 S
7 Q8 @7 Y1 H1 @: o7 L  I4 D& Q

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

; O6 ^' v: v/ h. \" f! u. O. t

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

  m  m$ J  W* O, j, W" D( S8 h

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

$ y  ^8 X, @; P; m+ i4.7、其它重要波形测试：

' c$ k' T: v+ R8 l0 MDRAIN（蓝色）端、CS（红色）端波形图：

& A& J6 m& y* m% W8 l5 v9 h0 {" u

AC90/60Hz，100% load

AC115/60Hz，100% load

AC230/50Hz，100% Load

AC264/50Hz，100% load

  C/ `: x  x' T/ H其他波形测试
" l. H5 F0 j- t, r
& P) d7 d6 L& e% W

AC264/50Hz，100% load 输出肖特基电压

& i' t- V, s$ p- P* b  |/ ?; a  l

AC264/50Hz，输出短路，VDS VCS 波形

05、EMI 评估测试测试条件：
9 S; N& u; Z) Z  @3 R
输入：AC115V-60HZ/230V-50Hz；
: P; }$ u1 t! |, ~9 \8 H输出负载50W 8Ω大功率电阻；
! [* i9 k4 l$ V; r# q# l6 i限值标准参考：EN55013、EN55022B。（辐射测试结果仅供参考）
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AC115V/60Hz 传导L 相

3 Z, A1 ~3 h, n

AC115V/60Hz 传导N 相

AC230V/50Hz 传导L 相

AC230V/50Hz 传导N 相

AC115V/60Hz 辐射测试

AC230V/50Hz 辐射测试