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。
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01、样机介绍0 l+ j/ D" F2 s
! [, t5 _$ H/ F! y1 P
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 ; S* I4 O- e/ y
CR5249
( g {, q. N c4 @& L+ S* I6 @
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。' p# ?$ h' {$ _- {7 ?8 _5 v
4 V; Y8 b/ u: p' g. M# J& v" H! r
芯片特性0 Q' j( _9 N) M$ B* Y+ U3 ?8 @) v* X5 U
9 t8 N) b' N% G# Z* `
● CR5249 是DIP8 封装的新型反激功率开关7 Y. i9 U h! ?0 Q: ]
● 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;$ o9 o, a" F% b3 g( M. U8 i
● 具有“软启动、OCP、SCP、OTP、OVP 自动恢复等保护功能;5 {8 H: Y" Z& T- ^: V: ^8 f1 P
● 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) U& e2 |9 m, T" E! T
) P( a- U9 _, m. J& }基本应用
& n0 |( T' \' d# a* T
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0 ]; S/ Q# ?6 R Y" B0 K; x
● 数码相机和摄像机电源% v4 q" e- V2 {8 ~. Q+ o
● 电脑和服务器辅助电源
" m! @% X& |, r# g. a) w● 机顶盒电源% X: G2 A' b8 d
● 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
% |& T. M2 q4 H. Q2 j
8 f v% i: n. m1 }, c, D7 Z5 m4 e引脚描述
0 n- q6 G; j! I) Z! D) ~
# E+ }) V! _" n$ R( f, z/ t- a0 K' n K8 K( v' Y; E
典型应用5 T4 |1 ~2 Q. [1 E* h' J, O5 u
0 _; v( D7 v6 s: X) T! b. K
: 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。
7 s& B1 {5 J3 k+ C5 F9 m. g5 F/ F+ }$ U% [; b
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。" t1 m/ \' t7 G' O# R; U; B+ m8 ~
# 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。* r) M/ X: B) K$ v; ^3 U
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。( a8 ^% n5 n3 |$ y7 H1 y
* z! f$ o' F/ z
2.1、输入特性:
3 g# y; X6 m# i% V, w
4 j' B2 e% @9 u* B( q
! } w4 r% N, a) q4 `# e" B. P- @2.2、输出特性(PCB END):3 Z7 A+ S0 ~5 x* E5 E0 k- h# U8 a
% o% x* j0 ~: {6 t" h0 j4 _
2.3、整机参数:1 }+ Z" d: p1 V6 O$ y9 }$ w
' L+ F1 K& u A9 ]
2.4、保护功能测试:) ?2 o$ c+ h4 r* H f
( R& L2 m7 W6 ?) }2.5、工作环境:
+ i' U6 a8 h# _: D
8 h7 ?% @9 R/ t/ G7 L2.6 测试仪器:' H8 y0 W! O5 l1 U
03、样机结构信息
/ d5 L- U% |5 }- M$ x" T. c) f3 M: x7 [+ a9 g$ y4 M
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:
8 N- h* p0 t" \
! H2 D! F8 ^2 f3.1.1 原理图:
, O9 X' w. m9 A' L' |* {, c
( x0 z5 t: ], ~& R) e3.1.2、元器件清单:
- d2 B7 p' d" t$ Y+ \7 ~
; [5 v$ l& t, V) Z! S9 P2 z4 t- Q5 u; _8 ?5 ]) @% K: q
3.1.3、PCB 布局&布线:
. G( K; N& r: {8 T: v$ ^; B/ v& b4 y9 x/ t6 f8 K Z: ]" p
PCB 顶层布局 * h6 l8 @$ j% x& j+ E
PCB 底层布局
* G3 X; @4 J" H6 ^/ _PCB 底层布线
p7 ^, ?5 k; Z1 D+ `3.2、变压器绕制工艺:
2 c& C5 r8 `! m% D6 C, T( J
$ s) U/ l- O3 }; z7 c3.2.1、电路示意图:) ~+ b3 g( j, N% O% K1 B
: v/ F/ [! P0 k/ x" L" Z$ _* Q2 w7 N+ R
3.2.2、规格参数:
1 Y3 ?+ p7 ^" B3 W' v4 u- ]8 e! g8 y" Q( J, a% z
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;+ N, F/ M3 u9 o$ f3 P! L7 n0 J* r: K
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# I: y A& m6 N2 V$ F! h! e5 j
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);$ g) I, v0 H5 s* I- y0 w2 q: N i
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;! g& z/ s" a6 \$ a! j8 x0 P G# R
0 D! @ c# i& O5 N, k5 s: d
3.2.3、变压器参数:
. A& q* p8 `- y$ o" G3.2.4、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5 x) a; }# _8 F# ~6 g1 z
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:1 U* o# I3 M. b' q: V0 j
) N1 B. n5 R/ r. K8 E
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
! X4 U: }) y/ o2 z7 i. s, F" L. u
3 P% S# B R3 _
' G R' v7 g/ d0 L表2 输出100%负载下的输入特性' P8 b+ r+ ]' Z% [9 b2 D+ W k* j
/ s' Y# j8 h. ]5 ?9 [9 H( d, q* f' h2 N2 u) |
表3 效率测试(1.5M 22AWG Cable)
. c( L8 l3 T: N% ~% g
, q5 L! i$ V' b! ?( c& q3 l1 r9 ?1 Q" Y# I
表4 效率测试(PCB END)! u$ D2 D! K. z: i( W* G) I
1 L U" J& ^' A ]$ k/ v
+ N$ l W7 [. n% }9 {' J4 P表5 能效等级评估(1.5M 22AWG Cable)
E' i9 N% A4 Z ]* K" k" J& R
7 B/ X! k- i; M. \4 ]) o0 e
6 D! ?( W) O0 p/ B2 m9 H4 P: G4.2、输出特性:& W6 ?! e( ^( b/ b' D* a
% {, v' a/ V- C
4.2.1 线性调整率和负载调整率: ( PCB END )
9 B4 o3 {! u" K4 A
5 r4 C+ ?/ l' y
* ?. I6 C, _, u6 R z3 m& S7 d7 K2 D$ ]# F
4.2.2、输出电压纹波:
3 U5 n2 [# J) E# t, c J) j: @$ N5 }4 H6 G: l* }9 F
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* v: R7 w4 w, }4 e8 N
9 u$ M' [ w# o: P- p: J
R&N @ AC90V/60Hz,No Load ( b+ {9 [3 a2 M! `- r, w7 G- _
R&N @ AC90V/60Hz,100% Load - ~: V7 U: P: ~& ]
R&N @ AC264V/60Hz,No Load 7 L# w- a" o, E
R&N @ AC264V/60Hz,100% Load 2 c5 b& M3 P5 C: A
4.3、保护功能:: g: ?' e# R3 [8 {$ G9 C7 u
- d( J: x( l6 D9 v }1 J# |以下涉及过流保护、短路保护的测试。- L/ Q6 T- o7 R
3 r8 d$ o9 K' j" e' h! r$ T. i
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: V3 [9 |9 i6 \5 h) F$ T
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
% {8 d$ V" N! \' i: K! W: Z8 X. T* x9 r& u' y2 g! ~: K
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。
, Q8 X9 R7 ~: `( `$ T8 n) D
. G& j. U3 Y! W
测试样机及配套外壳
" ?, b7 y! j+ k# o6 y6 j. M8 u3 d
! }6 w7 h: K: Z1 p- ^3 u" c& ^% B" g2 Q8 A( V
4.5、动态测试:3 `6 A% Z- ^% {, D) @- u3 m; s
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* ?( ~) U; V. A, T% n, I
AC90V 5ms
' _7 H) S7 M: M1 [
AC90V 10ms * F I; c2 {4 e4 l' b
AC264V 5ms $ M$ x- N! ?7 c$ u
AC264V 10ms * m; T7 n: r% ^, M8 Z& J: y
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 9 ?4 M$ ?6 `- y; z; ?: H; j
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:9 }* c ^1 |' A* O2 S
' c$ k' T: v+ R8 l0 MDRAIN(蓝色)端、CS(红色)端波形图:) J) E1 v% h2 m( @7 A; j1 j
& A& J6 m& y* m% W8 l5 v9 h0 {" u
AC90/60Hz,100% load 0 V: \- |7 A% {$ R+ G& K
AC115/60Hz,100% load ( G9 m+ r6 I( k2 N0 ]
AC230/50Hz,100% Load ) a7 C+ k/ I6 n- D( t1 s/ v2 o5 d* h1 b
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 p* f2 T8 J9 Y0 M8 P; J. v2 s
05、EMI 评估测试测试条件:
9 S; N& u; Z) Z @3 R% D& x1 _2 k% G
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)
7 `+ O; j$ b% w& h% h! [& `' w" @+ U3 }/ n5 q8 n
AC115V/60Hz 传导L 相
3 Z, A1 ~3 h, n
AC115V/60Hz 传导N 相 , Z5 c% d3 v( t6 k' Z" G! M" B
AC230V/50Hz 传导L 相 * t, j3 I8 J8 O8 X) {
AC230V/50Hz 传导N 相 & \+ g) p; m f. L2 q
AC115V/60Hz 辐射测试 8 T& F" O5 m7 w# E6 A* Z
AC230V/50Hz 辐射测试 |