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

3 O8 J/ Q# u" N% a  i本文，我们将介绍的是CR5249_18W 电源适配器解决方案。
+ |# U3 [" @9 I
; k7 q; ^; W8 F2 @: {  u1 ~01、样机介绍
) l( i1 g+ x: Z1 O$ a
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。

CR5249_12V1.5A 工程样机示意图

CR5249

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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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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+ C/ P- \  Z. c! O+ tCR5249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。

" g. ?* s- {8 p. F% x) \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；
● 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；
: H% G  o/ v4 T$ f+ W5 x/ C( v8 N● 具有“软启动、OCP、SCP、OTP、OVP 自动恢复等保护功能；
0 v1 K0 s' [; Z  X● 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

● 电源适配器
  }" R5 Z( A; P9 ~3 u● 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
: L( Z4 ^" H- l1 V4 V● 机顶盒电源
● 掌上电脑电源

, t3 V& P# ^' k' X0 o引脚分布

8 o# g% O7 O# D5 C7 |" p, `

  I; G+ ?9 K6 l/ A) V引脚描述

/ c2 P5 M5 f9 ^1 y5 l6 p

; ?. q. X; Z- p5 z% `. x- ~典型应用
: i, C) R: c: Y, M7 Y& y

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。

8 {( c' S" @: `9 L& f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。
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02、样机特性

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：

9 x' W7 Z. _6 |& U3 o& G
2.2、输出特性(PCB END)：

% w3 G8 x+ P$ a2.3、整机参数：
! Q$ \2 @& f) q$ d4 l3 e4 T" T

) m5 Y4 J# i& v/ h5 r" N2.4、保护功能测试：

2.5、工作环境：
: E7 |+ c2 P4 I* W2 q

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：

; v$ U( N- |7 t" S; g" x2 O3.1.1 原理图：

( `8 `/ G" G  L9 ^, t, R$ T" \3.1.2、元器件清单：

5 Y' Q" f, I% i2 D! Z

( _" k' L8 z# h6 d" s3.1.3、PCB 布局&布线：

PCB 顶层布局

/ i: \- l: E# [

PCB 底层布局

PCB 底层布线

3.2、变压器绕制工艺：

3.2.1、电路示意图：
; S) F9 U" j6 ]8 C( l6 z, J0 c6 }

+ Q: d2 I+ w7 N3 V3.2.2、规格参数：

' z9 Z2 M) Y# M5 @1）骨架：EE19W 磁芯加厚立式（5+5PIN）,Ae＝46mm²；
- o0 m+ t- U- B6 g- c& t' O2）材质：TDK PC40 或同等材质；
6 d* [& d7 d; i$ l3）N1、N2: 2UEW 漆包线；N3: 三层绝缘线；
& u! D5 f, R" S* `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；
/ ~- E% L% f) u; X4 M  ?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）)；
& s; G( K. Q" ~2 u; ]) I) m8）耐压测试= 3.3KV 5mA 1Min；
* F  s5 n* m. J2 D9）成品要求:浸凡立水；

& x1 R0 M* W3 k. P8 a+ L3.2.3、变压器参数:

3.2.4、变压器结构图：

) @: {" P& g# _( ~2 Q04、性能测评

$ u. I; g  i) ^$ _' s' C  I# k) R+ V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。
% \  T: G  W( R; R5 X* C; q
4.1、输入特性：
$ k( d) {4 V2 u3 h. [* y; e# Y
+ K- z: h: L; Y1 G: l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。

, o* ^4 m% s( H9 x5 E1 u/ p表1 待机功耗

  n' }+ S* d( |) M) ~: F; y表2 输出100%负载下的输入特性
0 d- t7 s% w  \& R& H' X

: V( g! E4 u9 N# c- k% o
9 E& t+ B7 Q" b4 A! x表3 效率测试（1.5M 22AWG Cable）
( e% m6 ?& Q; S% X9 b4 h7 E

) V" i* l: E9 \/ Y表4 效率测试（PCB END）
5 `+ t; ^6 \  U4 e- G

) J3 j! T7 d6 J7 {& z
) i0 g/ U. ]" y; W表5 能效等级评估（1.5M 22AWG Cable）
; [, ]/ f, q: p/ k1 ]

/ \/ g- M% _, ?# v" C( f+ K! E
4.2、输出特性：
$ ^9 w2 ^" F) v! N) V1 O
4.2.1 线性调整率和负载调整率: （ PCB END ）
* w) U) C) z/ Q( Z2 x
3 U+ U# x+ Z2 b3 d

4.2.2、输出电压纹波：

( Q! B: c+ J; L3 c  s! p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。

9 c/ d9 W# L8 v$ @- Q4 y

$ C+ Q9 w, ]  o5 S9 F/ q

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

. Y( |; U. G# V. A1 d: a5 Q

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

R&N @ AC264V/60Hz,No Load

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

  t7 j& L! t7 x( c6 v+ ^; O& Q4.3、保护功能：
9 k  X  J  G! J8 v  }0 Z# i$ ]$ i
0 `5 r: ^& H2 z+ t! m. N以下涉及过流保护、短路保护的测试。
5 J0 w+ P# W, w" p/ I
4.3.1、过流保护：
' G1 O2 k2 q+ H

' f; T! c4 h8 f% T: q" c) R( i4.3.2、短路保护：

功率计电流量程2.5A,开启平均值模式测量。

4.4、系统温升测试
: y3 M5 {9 P7 ~" R7 ]
$ @# K% ^7 E- Y' Y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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6 H$ k3 b' O, r8 i

测试样机及配套外壳

4.5、动态测试：
' A7 B4 f6 b2 L
- a5 H1 `+ ~. B7 W& {# x) T; q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)

AC90V 5ms

AC90V 10ms

. O9 x7 n7 N  V7 u* f

AC264V 5ms

AC264V 10ms

+ n: H8 n6 a, i1 f8 g4.6、系统延时时间测试：
' I$ w; {6 ^+ D! p; v/ _* |" Z

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

3 ~7 p* n: B' v/ f4 F& v" z

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

9 h3 V, U8 G1 @# O

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

# m5 p4 a8 L% Y: T$ R6 ~9 g4.7、其它重要波形测试：
- a0 {0 t5 G4 K9 ~# m
5 `) m! a& k6 m5 g1 {DRAIN（蓝色）端、CS（红色）端波形图：
$ X' [9 @( O! U

AC90/60Hz，100% load

5 R8 z3 Y+ B: B: O

AC115/60Hz，100% load

* A: a0 D9 Q* K9 _& Z

AC230/50Hz，100% Load

- g4 d! k% A! S# M# l" t* U. M

AC264/50Hz，100% load

& J+ K) R9 @) t  a其他波形测试
  M9 c; |( Y/ ^2 d2 C! b; w
- x  ?' P; ]$ I9 W% B

AC264/50Hz，100% load 输出肖特基电压

" _( q# G- d3 k

AC264/50Hz，输出短路，VDS VCS 波形

  m  b6 x0 s+ F- S0 E05、EMI 评估测试测试条件：
( W) ?, u" c( [# I6 L1 i! f& e- Q
输入：AC115V-60HZ/230V-50Hz；
6 y' E) G/ N1 Q, k# A8 T4 s输出负载50W 8Ω大功率电阻；
5 j% {2 a6 z1 e( K  T限值标准参考：EN55013、EN55022B。（辐射测试结果仅供参考）
( W* e& S/ Y  `+ ]( S3 n; h

AC115V/60Hz 传导L 相

AC115V/60Hz 传导N 相

& \% z; V5 B) Z( U

AC230V/50Hz 传导L 相

AC230V/50Hz 传导N 相

AC115V/60Hz 辐射测试

AC230V/50Hz 辐射测试