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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2 I$ M, u) _$ I- R, J+ O本文，我们将介绍的是CR5249_18W 电源适配器解决方案。
: C4 A" @, _# V0 _" A
* ^7 _- }/ f9 w* m+ z0 ]% A( n01、样机介绍
) M1 m$ s. v2 J5 }! m% h
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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! U" I/ t# W' M8 r" u: ]$ P

CR5249_12V1.5A 工程样机示意图

$ W8 R3 g8 }. ~CR5249

2 r$ Y7 G4 d3 p2 T/ F0 U! XCR5249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。
% g. E( s& l  b. H9 [
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。

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。
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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；
9 X8 r4 F7 E3 B- p● 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；
# z  u2 N. Q$ T- `3 `" B● 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。
● 能效满足DOE Ⅵ 和CoC V5_T2 要求

基本应用
  P3 _' x0 j2 f! f
+ [' O, \) y! B, @5 s0 D) V● 电源适配器
( E! H4 w& q( q! O1 O" m● 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
8 a+ U  y; @/ t; e● 机顶盒电源
● 掌上电脑电源
. J, E- z/ {$ c- e+ n
+ F& p, ~8 k- V) S引脚分布
+ R- I7 J# V/ j  v% J
% M0 h, W' A* M. K/ [- @/ s

引脚描述

典型应用

( p( w; `, X3 N( k* e+ g

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。

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。
5 `' c4 T& n. ]. \
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。
8 D. s: c  \6 }, L3 F& F/ v# D
02、样机特性

: L* F6 r/ o. S- s$ _6 [7 M  }! `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。

3 S9 ]: }* ~# I  C  ]4 Y* V2 |7 I2.1、输入特性：
. R1 ]( o; V8 k5 K: [- H

5 I2 S6 `% d  T; w5 P( q1 p2.2、输出特性(PCB END)：
9 C& F/ y' w3 B1 G( L

2.3、整机参数：
) u" |7 @/ ?6 z+ h

2.4、保护功能测试：
; V2 {0 ?7 l- a# L8 W

" W; }+ H3 }$ S, ?9 P& R2 [  p, C+ ?2.5、工作环境：

2.6 测试仪器：
7 ?2 A* T9 d( }2 |) T' `0 h# l; S

03、样机结构信息
3 f5 c  K" t  V4 J0 W1 M4 Z
. Z- p! Q9 w' T* s6 |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。
% z+ }2 g9 f% h# t2 {+ j
/ W  o  f6 ~) G2 ?5 C) p3.1、电路原理图及BOM：

* b% n! {( L9 X) v/ `3 N8 B3.1.1 原理图：
0 z6 l# A& z5 `2 ~

3.1.2、元器件清单：
2 O: j' |! d/ \  L8 n- Y* {
- g8 i; X$ }( V( t# z

3.1.3、PCB 布局&布线：
5 B. P$ v) r0 \" Z/ |& Z
4 f- H* f5 |2 g$ z

PCB 顶层布局

  h7 e1 m1 o& X& o& D

PCB 底层布局

7 f" a% l5 i: L4 T! m3 h; H

PCB 底层布线

5 j" _+ D7 \: {; k! q3 K3.2、变压器绕制工艺：
, q7 b2 k* L5 [: M* [0 B
3.2.1、电路示意图：

4 @% s! o' Z/ c* u

3.2.2、规格参数：
; K& r/ r7 t* N6 m  D5 q
8 L' a& k. c$ B$ O2 }  W" {1）骨架：EE19W 磁芯加厚立式（5+5PIN）,Ae＝46mm²；
+ K  c# ?2 M8 H  }9 L$ h2）材质：TDK PC40 或同等材质；
. x0 Y5 f4 a. p3）N1、N2: 2UEW 漆包线；N3: 三层绝缘线；
- C) L# \. x7 g0 D4）次级绕组从变压器顶端进出线，磁芯接地
+ ]8 q$ }& I& s+ j, s) _5）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）；
2 |% t& ^* [$ C0 p. X* b) r7）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）)；
: I4 Q/ n. ^- B, O$ M3 x: l8）耐压测试= 3.3KV 5mA 1Min；
9）成品要求:浸凡立水；
$ ]. N; F( O. j2 g8 g" x# R
3.2.3、变压器参数:
" d" ~& l) N, b9 N3 {0 X

3.2.4、变压器结构图：
  S$ U- X, B/ ^, x& A3 p

04、性能测评

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。
. v! l: R9 M# Y5 O2 s
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。
4 e% `, K, E* \& R9 g" f3 p
表1 待机功耗

7 t& l( s3 H, I! z% S( F* k8 p
表2 输出100%负载下的输入特性
0 V4 U4 Q4 u. D+ l2 h

0 B, d, V9 N+ V- K% t表3 效率测试（1.5M 22AWG Cable）
4 g. I3 q7 B' `3 ?* x4 y8 H) l, g% M

0 G8 a! R2 y/ l' g% u1 P! n, o
表4 效率测试（PCB END）

+ k& X$ k6 H+ l7 v) Q
- s2 K$ U; h& B) U/ I: I表5 能效等级评估（1.5M 22AWG Cable）
; m: F. e8 M" [( o3 ]+ a6 A! L

  `4 q0 ~+ U, Y4 X+ I
7 \4 O0 X& z( N/ [  U4.2、输出特性：

4.2.1 线性调整率和负载调整率: （ PCB END ）

" y) `9 ]- ?( H& T5 h  C7 _# G

5 q* \! Z4 {, x% Z1 G1 w7 o
4.2.2、输出电压纹波：
( Q6 P4 B" g# r1 U+ Y# V
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。
6 K2 m1 `, ]0 h" y' s9 r( k! \

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

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

2 \2 O& U  C1 r

R&N @ AC264V/60Hz,No Load

/ j3 E( V- ~- ]# F. ?

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

% H6 c8 {; z) l" s4.3、保护功能：
" `! T* b+ W; L5 z7 [
以下涉及过流保护、短路保护的测试。

7 T* L/ d3 ~- x4.3.1、过流保护：

4.3.2、短路保护：

6 u  |; S6 z# M& X9 S& ^. B2 }功率计电流量程2.5A,开启平均值模式测量。
4 S% P( ?; \' \) k  _

4.4、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。

# b+ w5 J- t0 k" H# v2 q

测试样机及配套外壳

4.5、动态测试：
& X/ J3 z0 M- v, w
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)
# Q9 n/ z$ E1 V

AC90V 5ms

AC90V 10ms

& _7 V* x7 j- I4 }" s6 Q5 ^: \

AC264V 5ms

9 E6 I; K% O  Z! ^# G

AC264V 10ms

( ^# K/ {2 V  Y6 ?+ B! S) `4 S+ f4.6、系统延时时间测试：

+ m+ \; Y0 C1 y+ a8 T; V

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

- Q9 l( Q7 e8 J7 J& `. x* p

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

! q  S- ~' n8 c# ~0 R6 \4.7、其它重要波形测试：

9 o  h8 s: V- U* n% r- JDRAIN（蓝色）端、CS（红色）端波形图：

AC90/60Hz，100% load

: M6 G8 W7 H# {* b' @' C2 m& v' G

AC115/60Hz，100% load

8 i3 _/ S- V- u5 S1 e/ W/ S

AC230/50Hz，100% Load

; c0 {  M* V4 r- }8 I

AC264/50Hz，100% load

其他波形测试

AC264/50Hz，100% load 输出肖特基电压

9 X- P. W4 N' q) }( y6 R

AC264/50Hz，输出短路，VDS VCS 波形

05、EMI 评估测试测试条件：

输入：AC115V-60HZ/230V-50Hz；
. ]& V3 f6 |* W# r输出负载50W 8Ω大功率电阻；
限值标准参考：EN55013、EN55022B。（辐射测试结果仅供参考）

* D! z( z. J$ {. h

AC115V/60Hz 传导L 相

AC115V/60Hz 传导N 相

2 y% C0 ~5 E* X: C% q4 u; i

AC230V/50Hz 传导L 相

% C( G5 H. C! A% C3 U0 J

AC230V/50Hz 传导N 相

; Q! G( w/ V9 C& J8 N

AC115V/60Hz 辐射测试

AC230V/50Hz 辐射测试