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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7 `: Y( Y# M, }+ u) U2 l本文，我们将介绍的是CR5249_18W 电源适配器解决方案。

1 w' P4 L8 _7 o) J/ q- i! j( S4 I01、样机介绍
# d# n" T9 V! {  V9 G
* M, v) O! }2 K+ d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

1 a' S+ l5 q7 L2 e+ d( NCR5249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。

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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# f9 ~( q: u9 r3 E芯片特性

+ w: u9 w+ D! E' ]* e9 A2 T● 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；
) t. [( {. C( f+ M0 \; Z' w● 65kHz 开关频率，具有频率抖动功能，使其具有良好的EMI 特性；
6 H$ [4 _# F# W● 264VAC 输入待机功耗:<75mW；
( n# E2 P4 m3 b6 X● 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。
/ C: ~0 |) `7 l1 Y● 能效满足DOE Ⅵ 和CoC V5_T2 要求
# L+ I& p$ J/ x) E: t9 e! e. o( \
* }, K. Y' P- ^; @9 n' c& }基本应用
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6 o! ^8 \' E9 v/ l6 f● 电源适配器
● 开放式电源
. ~% r, Z$ o1 u3 `: ?9 y● 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
; n5 h* P! [, H+ S● 掌上电脑电源
# B4 [0 L; h& n( N7 T
7 g0 e5 j& O- g; R3 d1 l引脚分布
2 E6 g' ]  N$ M
  G* C7 @* m( u) A9 f2 X; U

7 j2 E6 i4 G# J9 ^. k4 F引脚描述
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典型应用

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 B+ \  ^1 |- L; `( h: ~* I( V4 e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。

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
+ [3 @1 @0 g& B1 E: I, g, F
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。

9 a8 k% I" Y' }  N2.1、输入特性：

3 P# S0 v7 j( o1 G1 G) R2.2、输出特性(PCB END)：
$ v* S1 ?$ P+ J* G3 {2 Q. D

2.3、整机参数：

8 C. e' `) h. Z5 i! H  R2.4、保护功能测试：
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9 Y/ D: ~. g' Z7 b& n" F2.5、工作环境：

2.6 测试仪器：
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03、样机结构信息
) O, {8 `& w7 x6 J: e9 ~
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。
: O( d( Y1 g% K0 g! }2 T
3.1、电路原理图及BOM：
% V0 l4 F0 M9 [
0 o  G3 Y/ E0 j% N( T8 ^3.1.1 原理图：

: v8 \1 R# S4 S( I" E( L9 |6 q8 y3.1.2、元器件清单：
% o. x( u! e% c' p1 {0 k4 `/ P
: m" w, f8 f  o' T* p  y" X/ M

3.1.3、PCB 布局&布线：

; r* d7 ^3 e% G5 n

PCB 顶层布局

( B* R" b  R4 O4 p% b6 b

PCB 底层布局

PCB 底层布线

3.2、变压器绕制工艺：
* ?. ^4 O% \! j
3.2.1、电路示意图：

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3.2.2、规格参数：
) k% @  i; W  I) Z0 w
1）骨架：EE19W 磁芯加厚立式（5+5PIN）,Ae＝46mm²；
2）材质：TDK PC40 或同等材质；
$ o% h( b. V% w9 S0 p3）N1、N2: 2UEW 漆包线；N3: 三层绝缘线；
' U# K  s6 _1 `  Q1 W+ C, C" R4）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；
6）初级绕组感量Lp：1.8mH±5%（测试条件：0.3V，10kHz）；
; Q8 o+ l( c% }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）)；
+ W: z, U# y% e$ s8）耐压测试= 3.3KV 5mA 1Min；
/ y+ Q% J3 W- I. C7 I6 U. k9）成品要求:浸凡立水；

' B2 u. d4 F4 P5 A" `( d3.2.3、变压器参数:
$ F: M" T* ^% m. s1 S! ?: S

3.2.4、变压器结构图：

  W, U* B2 B! ^

4 h- b6 g0 F" M04、性能测评
8 X# U& ?) M" t3 `, `
7 _& K8 b( ?. o" [3 \7 c2 n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。

% a% r) x& w" W& b, J4.1、输入特性：
/ ]: e1 s# o4 r' C
4 c1 j8 h( f0 J/ e; y0 x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。
5 f- g8 X6 [/ f9 N& c- m2 t8 A
; H- z9 t; O' A% F. l6 |, e$ y表1 待机功耗
% O6 A5 D. D3 I( f# f3 w3 r

+ J9 G5 L9 K6 K6 P
( d' W. h2 u/ [表2 输出100%负载下的输入特性
; j' l/ v7 Q" l) B! R

表3 效率测试（1.5M 22AWG Cable）

表4 效率测试（PCB END）

/ ?$ F. Y* d, h表5 能效等级评估（1.5M 22AWG Cable）
3 c3 u( _: h0 `& o

9 ]" X5 ^5 I% {& x4.2、输出特性：
: Z4 e4 D! N. a* n$ l7 N  b1 R6 i
* ~/ ?! X! M( N7 \4.2.1 线性调整率和负载调整率: （ PCB END ）
/ r5 C$ o5 d. a
, Q) x1 w7 e! G8 n% v

4.2.2、输出电压纹波：

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。
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+ y6 o( I" m; q  F+ o# F0 Q5 I1 N3 \

% n% s+ d7 X+ B, M! [1 [3 f- U

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

# u9 m0 \+ y3 }+ O2 b7 r) V# |

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

R&N @ AC264V/60Hz,No Load

% Z. U9 v/ M5 |; V

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

2 n3 c' g# I0 k4.3、保护功能：
1 i& I' i8 x* f- W- C
( t; u$ x! Z. t/ |% P, z以下涉及过流保护、短路保护的测试。

9 z6 v9 W# w" r$ M0 s; C2 V4.3.1、过流保护：
8 y; i  s" p! j3 N# @

4.3.2、短路保护：

4 K, m6 e9 b& D% a- r功率计电流量程2.5A,开启平均值模式测量。
) V# S- H: N6 g4 T2 H/ c

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。

测试样机及配套外壳

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0 y& C! P$ v; x' ^" B, x  K4.5、动态测试：
! ?, R: _, {. g& d
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)
6 d$ I/ K+ ?; Z; z5 R
; e4 o& w- i; h: V" ]

AC90V 5ms

AC90V 10ms

AC264V 5ms

5 B! r; Z; o3 @, [, g2 _$ z

AC264V 10ms

4.6、系统延时时间测试：
! a. P) f2 r2 h; F) r, B) G

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

+ T7 G! \7 x; N+ Z/ h+ t3 Z

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

: b. O1 K$ c1 w/ a6 N- y

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

0 W# o' r# v8 H8 ], w4.7、其它重要波形测试：
: S7 b' P/ y4 m6 y( J- r3 s7 m
: R1 a* q; ]8 L0 F  @DRAIN（蓝色）端、CS（红色）端波形图：

AC90/60Hz，100% load

AC115/60Hz，100% load

3 H! h" n6 P0 r1 C& Z9 `/ P

AC230/50Hz，100% Load

4 A  B! j, V  G/ o4 M

AC264/50Hz，100% load

其他波形测试

0 E1 v2 T: Q6 p" D; f$ D

AC264/50Hz，100% load 输出肖特基电压

8 D/ Z! m7 ~' p5 Q  [# z

AC264/50Hz，输出短路，VDS VCS 波形

# a: d) ^. G, g: E05、EMI 评估测试测试条件：

输入：AC115V-60HZ/230V-50Hz；
9 P8 H) p3 a3 L" O& j+ B$ N输出负载50W 8Ω大功率电阻；
# L  _) D/ Q  c6 d限值标准参考：EN55013、EN55022B。（辐射测试结果仅供参考）
+ G/ f. y+ m( q

AC115V/60Hz 传导L 相

9 U, F$ i9 J( p6 q/ g! t

AC115V/60Hz 传导N 相

AC230V/50Hz 传导L 相

0 S! V* G* @# O( f& B2 R

AC230V/50Hz 传导N 相

$ q: e# c/ h' s9 x' g

AC115V/60Hz 辐射测试

" \. v" `3 n2 h" L& T0 a

AC230V/50Hz 辐射测试