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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. {- \% h8 K6 m! v01、样机介绍
' r5 j$ e$ z- J$ |" {; p# I2 O
. g" B$ j1 }  n- ?( J$ Z0 S7 Y9 s* m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。
: _3 y. }1 d9 u0 P  h2 ]/ }$ ~

CR5249_12V1.5A 工程样机示意图

CR5249
  a  {  x; A8 P8 l
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。

% O: y! r& e8 H0 e& r5 x6 o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。
0 e; ]5 n1 f; w# U* x7 T
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。
! @+ @8 ~' Q0 Z
( `% ]+ Z, A% Z' q* x& ?" y芯片特性

, H7 x8 e, q1 `7 k7 P0 Q8 B3 T$ f8 M● 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；
● 65kHz 开关频率，具有频率抖动功能，使其具有良好的EMI 特性；
● 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；
& g* \* k* p" `, k● 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
' ^( y: a, o9 o! O
& W6 f: n$ D! ?8 f' h( s● 电源适配器
9 M- y0 [4 Y' ~$ }9 Q* ?● 开放式电源
/ d# G) p3 W7 {● 数码相机和摄像机电源
● 电脑和服务器辅助电源
● 机顶盒电源
$ t# b( j: Y* b● 掌上电脑电源

引脚分布
" K4 E+ O# g$ Q; ^" [9 o

( p2 y/ B1 [; m4 W4 @引脚描述

典型应用

1 _0 O/ F( I4 V, `) h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。
* L# @; j5 S; m# ]" D+ Q: d
8 q' `, s$ G# \& U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。
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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。

$ [$ ^0 a- P9 e7 ]3 V/ k! L02、样机特性
$ ~2 d' P4 k6 I9 [% |0 N7 d) L# x7 J0 C
- [; O' {& r. q6 t9 c$ C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。
' T; @% u4 M5 ^, y: q
2.1、输入特性：
. I  L$ i& a8 g6 f6 S( Y" V8 {

. h4 |2 N/ n0 b# d4 `
" Z* ^: z+ Z$ G) C0 u9 a2.2、输出特性(PCB END)：

2.3、整机参数：
& B, ~3 M6 [" F: u4 h

+ T8 h& l7 v# g& ]6 t3 }; e2.4、保护功能测试：
& V4 V! |1 c2 Z8 @

' l- d! i/ B, g' Y& d9 b' J2.5、工作环境：
; S% X" @" s$ p$ ?

, F) s# T+ o( u' ]2.6 测试仪器：
" E5 Z! v" O4 t- `9 h( f

03、样机结构信息

( {$ z3 \: n+ t' f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。
# J; W, m  P8 y! l( H
3.1、电路原理图及BOM：

3.1.1 原理图：
9 {. R& w' }6 o9 C- H3 x% {0 i2 O

3.1.2、元器件清单：
0 m4 h3 b( p) S1 A- ?' ?1 g8 {! }

& X2 }7 G7 w0 D: I2 A3.1.3、PCB 布局&布线：

PCB 顶层布局

4 }  T- T. f. m# [! t: [/ X

PCB 底层布局

PCB 底层布线

7 i1 k1 e, j9 }+ x3 p& A' [: z3.2、变压器绕制工艺：

3.2.1、电路示意图：

1 e. e, [# H* n$ E  t0 F

- S$ V: |$ c2 \  B7 x3.2.2、规格参数：
. p/ L2 }. e& ?! Q# r5 |+ w
* |( Y5 H8 ~' E3 _" ^1 {. Y2 ]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 D2 [& F9 r8 B5 Q3）N1、N2: 2UEW 漆包线；N3: 三层绝缘线；
4）次级绕组从变压器顶端进出线，磁芯接地
, V: y+ O; j1 {5 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）；
& J& ^3 I6 }# B- `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；
6 P! W* K; E, f& p3 q' y9）成品要求:浸凡立水；

6 U4 I+ c3 g7 b+ ]; D3.2.3、变压器参数:
/ \1 ^( D9 C7 O4 \# O, J6 ~1 ^0 n

3.2.4、变压器结构图：

* }3 L/ Y: S% X. ^3 C8 F% P

04、性能测评
3 E% p7 Z# O) z" C! W, y
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：
" g8 `6 r  @* v4 N6 ]
! y5 A1 B& z( @( M2 u$ _% B$ \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。

! B  O& \& R1 W4 O9 [+ S  Z% u3 R表1 待机功耗
% J2 J" d6 B: b, A/ N; d

7 e2 k3 ]% j& V8 v) M: O4 C$ s
表2 输出100%负载下的输入特性

5 n8 V( S! n3 }# g
表3 效率测试（1.5M 22AWG Cable）

6 M& A1 G  C  f! T. I4 }* B4 s
表4 效率测试（PCB END）

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  P# x; g& z) J$ W( w  |# Z7 n) V( W表5 能效等级评估（1.5M 22AWG Cable）

- V/ H/ u/ }  w4.2、输出特性：
  d0 c; {& ]+ b8 D
4.2.1 线性调整率和负载调整率: （ PCB END ）
: X1 X6 `0 @1 j8 Q- f

+ U3 l7 n- j$ c9 B7 I5 s$ [% {8 w4 P$ F
: n9 [7 \; L- o3 U4.2.2、输出电压纹波：

: C# |8 i! A6 \; t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。
) e0 M# P' w" Z8 t2 y. V0 K
6 X9 |6 q* g7 M/ g: y' R

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

( e  g& }+ X' ]) E

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

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。
  L/ e1 D6 |, q2 C2 f1 w
1 M: ^1 e$ p" q9 Q% C4.3.1、过流保护：
& u  a" j# F5 G( C* Z8 |* Y) i

1 @( a% m! o3 O$ `0 m; P& h4.3.2、短路保护：
0 A' G8 t$ Z- o
功率计电流量程2.5A,开启平均值模式测量。

! M' v% d1 }. ~  O( U6 C0 |* X4.4、系统温升测试

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

2 ~) N$ {% Y  d; Z2 D: g

4.5、动态测试：
1 Z: h. n& U5 U  X
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)
: X& k+ _) A4 l+ G1 P
3 `' p4 E& F: C  q3 R  I

AC90V 5ms

AC90V 10ms

2 I9 J/ ]# t( l9 E- r* O

AC264V 5ms

AC264V 10ms

4.6、系统延时时间测试：
2 k0 o0 R- ?2 e+ t% @9 G
! t% `; M# ]6 ]7 v, }7 B3 c4 Z

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

! @1 h* ^  n1 L4.7、其它重要波形测试：

DRAIN（蓝色）端、CS（红色）端波形图：

9 {+ @5 _; ^7 O2 G& }5 \8 P! c1 w

AC90/60Hz，100% load

AC115/60Hz，100% load

AC230/50Hz，100% Load

AC264/50Hz，100% load

2 N) ^+ E& X2 S  s4 D# |8 n其他波形测试

AC264/50Hz，100% load 输出肖特基电压

2 `+ Y$ \8 @: h0 d

AC264/50Hz，输出短路，VDS VCS 波形

: A& Q3 z1 k: J9 p9 Q7 s8 R05、EMI 评估测试测试条件：

输入：AC115V-60HZ/230V-50Hz；
输出负载50W 8Ω大功率电阻；
8 H: r" L1 v% F9 w8 {+ d限值标准参考：EN55013、EN55022B。（辐射测试结果仅供参考）

AC115V/60Hz 传导L 相

AC115V/60Hz 传导N 相

; r2 }2 u6 O! f1 M% E

AC230V/50Hz 传导L 相

AC230V/50Hz 传导N 相

( n# w& k- w1 s) G3 |0 N

AC115V/60Hz 辐射测试

5 f  s5 c2 ~3 h. p2 T& ]  V

AC230V/50Hz 辐射测试