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

本文，我们将介绍的是CR5249_18W 电源适配器解决方案。

' I! Y$ O; t3 B1 {0 d1 ^01、样机介绍

. O$ z2 g1 I9 U( s, m4 P, @) k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。
, ~% Y8 J: q+ c8 K

CR5249_12V1.5A 工程样机示意图

. P6 [7 P/ q' [) S/ w$ W6 O/ ~& x3 o# }) VCR5249

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。

0 e' v" ~: p; s* J3 I" W$ 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。
1 v" h- z1 }: D7 ]/ `
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。
) J& _, P/ X' P0 {; g3 S
9 r) }5 Y% P$ A( S/ Q芯片特性

4 j1 ?  I7 i8 j% I0 n● 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；
! Q9 _2 g1 O# U1 h● 具有“软启动、OCP、SCP、OTP、OVP 自动恢复等保护功能；
3 L# w4 i4 a, L1 J! H( I* U● 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

8 O% \+ k1 u  Q9 y, R基本应用

● 电源适配器
● 开放式电源
; X, Z/ J  |, s3 m0 N● 数码相机和摄像机电源
; s4 r' y* A2 C5 [● 电脑和服务器辅助电源
● 机顶盒电源
● 掌上电脑电源
" @1 U  y7 e) {$ t' ~' ^* v
引脚分布

8 q1 _" H$ H3 \: g4 K, a

2 K5 Y' B, Y% ?9 x2 C8 U- n引脚描述
6 [0 u, ]1 H) @" m9 ?; U/ ?$ p

) Z8 m" o4 i/ j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。
. P$ Z2 H: R4 c! p
  ~6 ^: v+ f3 D4 A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。

; p) Y$ `& |/ g; t6 d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。

) z( ^9 A% g- i0 p. D# L$ ~( W02、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。
% J' c6 G& t5 K4 u7 Y( V
' C$ E1 k; n5 N0 H2.1、输入特性：
, q9 X" |9 c; @  O5 y/ a3 o$ `

3 d; @9 S: A  G9 Z5 d  i/ H
2.2、输出特性(PCB END)：
) w: ]8 b: P9 s2 g. M! b

2.3、整机参数：

2.4、保护功能测试：
- s1 l7 f4 Y( t0 i8 s0 Z

3 j* v  J9 N( ]: U! U( r2.5、工作环境：
8 s3 g8 x; ^, e$ O( J; i' v/ S

2.6 测试仪器：
6 M8 F: Q; ]1 T3 k& J' L" {/ i; `

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：

8 _+ }+ `5 d1 U" ~% g7 Z1 {) w- z3.1.1 原理图：
. Z; C* k5 s4 N/ g+ ^) k

2 R  |  c4 r6 g3.1.2、元器件清单：
, s# }! u& x$ @! `, R4 W0 l

# I" Z3 X- z( K4 _) |3.1.3、PCB 布局&布线：
' h' p2 w; Z  `6 d3 G- y

PCB 顶层布局

PCB 底层布局

+ s; F$ x2 i4 N+ t! C! D

PCB 底层布线

6 f" o& B9 u& F% L) `3.2、变压器绕制工艺：
4 h+ W4 m& E0 x, t# ^5 t
9 G7 r! e% u6 `3.2.1、电路示意图：

4 H, w8 {) G1 M

3.2.2、规格参数：

" ]1 K! f& M+ l; |# V+ T- b1）骨架：EE19W 磁芯加厚立式（5+5PIN）,Ae＝46mm²；
, P1 P# G' ?" u! t+ O3 g3 ^2）材质：TDK PC40 或同等材质；
9 O& l* i% [9 @. v- L4 N! _3）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
5）绝缘胶带:3M900 或同等材质；
; [) A; t/ e( h7 r% |9 D+ E% Q3 J6）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）)；
8）耐压测试= 3.3KV 5mA 1Min；
9）成品要求:浸凡立水；

, _' ?; a8 G: o! ]6 m7 Q0 w9 F3.2.3、变压器参数:
' w, q, s7 f: E/ @; U

3.2.4、变压器结构图：
7 T6 k- n9 Z+ e: T$ V, g0 E6 w

* m( ^5 z( q6 E" E9 ^8 Q04、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。
7 i# V: U! d1 Z0 \+ G# D
3 u' y/ p) V( H# k8 ]4.1、输入特性：
! }- k7 o2 f6 j) V
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。

" o6 M- b! \: w. k7 O4 Y表1 待机功耗

" j2 U6 ^  t- k0 X7 u
表2 输出100%负载下的输入特性
  v* @3 I( w# w, T' P

9 G3 V* e! \6 C7 {8 B& Y' y; A
7 B5 ~, R2 i# k表3 效率测试（1.5M 22AWG Cable）
# P3 D9 x) C3 c9 d3 [9 l2 Q

表4 效率测试（PCB END）
6 ^9 ^1 O  E; f2 t$ V1 P" c

8 h& x1 E* H, F1 k* j# D9 }
表5 能效等级评估（1.5M 22AWG Cable）
& r/ R5 n4 A, N" x

. T% M8 T2 g. n; I4.2、输出特性：
& p7 d1 `6 C% `5 E- t0 b/ D
4.2.1 线性调整率和负载调整率: （ PCB END ）
! D6 C, W" A  i" E
! i3 ?6 g! g+ d* s

: N: m( y# C& v" ?! B8 y5 _' C4.2.2、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。

! ~$ V  m3 f1 j: \8 |

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

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

8 ?$ K: i* P# w

R&N @ AC264V/60Hz,No Load

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

$ O, b9 A7 c& b- S* l+ g. e4.3、保护功能：
& ~9 G4 w- K; @& C3 V# q( x/ i
以下涉及过流保护、短路保护的测试。
! T; M+ G( _( i. Y7 s4 y& l* @
" Q8 w" N, w! y8 }& e4 [; x5 o$ l4.3.1、过流保护：
) Q* |% M+ E3 S/ i7 }- z! u

4.3.2、短路保护：

( R! f- c1 `2 O) ]功率计电流量程2.5A,开启平均值模式测量。
# G. g' z+ q9 \  _

4 i  f/ w3 V& u4.4、系统温升测试
" C1 P$ ]; L) S, w+ ~; W
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

" `7 G' M; E2 d$ f* \" f4.5、动态测试：
# F: m- q( W: @$ ^) b: R
& c7 E, K7 k+ v+ H$ p2 m. k1 M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)

/ I$ }& ?, b0 ^9 S

AC90V 5ms

" e% F& r. q  p0 G5 Q

AC90V 10ms

AC264V 5ms

" p( Q3 O/ M( Z; i, C; a5 ^/ X

AC264V 10ms

4.6、系统延时时间测试：
2 M* B% U  f# y5 c* \$ c! ^
$ @- e. G7 F3 G: Z$ @% Q$ r! y

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

8 h8 Y: Q5 U2 y4 y2 d4.7、其它重要波形测试：
8 d7 h+ W# ]5 z; y5 o* P
DRAIN（蓝色）端、CS（红色）端波形图：

2 F5 K" m" Y) l

AC90/60Hz，100% load

AC115/60Hz，100% load

AC230/50Hz，100% Load

8 S' x' I3 a) Z& t0 u3 G

AC264/50Hz，100% load

1 m" v: g/ c2 B- i* G其他波形测试
0 a1 p6 F: z% v; z& h
! m2 O) z, p0 L, y: h2 ?: R

AC264/50Hz，100% load 输出肖特基电压

AC264/50Hz，输出短路，VDS VCS 波形

5 O2 s- t$ N+ E05、EMI 评估测试测试条件：

/ @8 S# s; t& Y. g输入：AC115V-60HZ/230V-50Hz；
0 W7 E6 S- k- f: i输出负载50W 8Ω大功率电阻；
) X" |0 H8 I' z" @/ F. X$ N2 p* m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

' k! p3 q  }3 |1 U& b7 g! f4 ]

AC230V/50Hz 传导L 相

9 R7 w# K1 Y8 _. M0 u; X

AC230V/50Hz 传导N 相

AC115V/60Hz 辐射测试

AC230V/50Hz 辐射测试