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。

4 V6 |. b: }; f4 }01、样机介绍
: _. U/ j$ z4 h( M
& }( Q0 j* S! y' ^, c( ~+ ?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
6 P/ d4 w; \. e5 v- z! L$ z
$ S( l( ~" c' `& kCR5249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。

4 L, p: y% [& [  Z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。

; g+ ], R& {" D- iCR5249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。
  c* u7 h# s' E0 {" ~" d3 N
  @4 @6 r" e. A( W2 o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；
0 h, M* _: a% f8 c) z% j& q5 h% K● 具有“软启动、OCP、SCP、OTP、OVP 自动恢复等保护功能；
7 \. ^% U' b1 V& A% e6 E! K● 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
9 T- e8 o$ c- f
基本应用

3 e3 b9 N) P+ F# L% v● 电源适配器
● 开放式电源
● 数码相机和摄像机电源
/ x1 D$ P' \* X! z3 I6 M8 I+ P● 电脑和服务器辅助电源
● 机顶盒电源
● 掌上电脑电源
& J  c) A6 N$ i9 f
% h' m6 }+ W: w3 r8 U! [3 {& v引脚分布
2 |  B# C' T2 F% U+ P

引脚描述
9 s, L7 M* ?1 T& z5 @/ I8 M7 m

典型应用
% n# L& s" N7 W; D9 B/ P* T

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。

& I" \/ p% C4 l5 }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。
$ W0 V6 O5 Q- k" {. o2 f
02、样机特性
7 P; ~/ m) T0 z& o' b; l: C* C4 t7 S- k+ {
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。
) b: z  a- d$ V& ?: g4 u$ J
2.1、输入特性：
- b7 E# I$ f) C3 c- S( Q4 [

2.2、输出特性(PCB END)：
, D! M0 t. H* F, B& ?# Q/ \

1 x9 M1 e. R0 d% w2 O2.3、整机参数：

2.4、保护功能测试：
! b9 @  _. u  c! m4 _7 G  x

6 s5 y6 _4 `9 O2.5、工作环境：

+ h6 u8 ^9 E+ }, r2.6 测试仪器：
9 }' R( ^$ x! U% A: E& }( @0 P$ \; r7 d

03、样机结构信息
  {8 h  I4 o9 F. M! q1 _# b
6 O' k# H, F7 ^- W8 z3 r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。
- r/ H: k: V! U- V1 l/ o$ N2 c! L
3.1、电路原理图及BOM：

4 z( M' e0 U3 j) |6 Z3.1.1 原理图：

3.1.2、元器件清单：

, D, y8 w; S, |% e0 Z6 x

5 \: F! ?( d* o/ f3.1.3、PCB 布局&布线：

" q$ Y. I& a* E3 h' d

PCB 顶层布局

5 I5 b2 u. d" I& v6 x" o' [( t

PCB 底层布局

PCB 底层布线

3.2、变压器绕制工艺：
  w6 ~# o$ V( I' v: L
4 ]8 j) y% q+ |+ q6 u4 `: S+ t3.2.1、电路示意图：
6 m! Y! x& @# O7 p0 }

0 o! `; g4 h0 O7 _+ c! }! y0 A0 `) U3.2.2、规格参数：
7 @, {/ P. o9 s6 ~0 `$ b# p! H
1）骨架：EE19W 磁芯加厚立式（5+5PIN）,Ae＝46mm²；
, o) Q0 }+ D4 v) j2）材质：TDK PC40 或同等材质；
3）N1、N2: 2UEW 漆包线；N3: 三层绝缘线；
, X2 a  p4 c( Q4）次级绕组从变压器顶端进出线，磁芯接地
6 g1 c0 {% N% ^# q% ]8 [" x3 u* a5）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）；
4 q+ q& h( L8 O/ D1 N4 w$ T7）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）)；
; I: b7 d+ O. A8）耐压测试= 3.3KV 5mA 1Min；
4 m8 s4 a7 [9 O+ q2 v9）成品要求:浸凡立水；

3.2.3、变压器参数:
5 A1 Y& g! T8 C6 {% @$ a

3.2.4、变压器结构图：

+ Q9 `4 S9 ]+ l. E, p6 U

04、性能测评

, I" F) m) i; ?0 \! C) t- u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。

4.1、输入特性：
- h4 `4 f1 `$ T1 D" g6 e: H
( ~) ^& [5 n/ \0 ]# ^2 `2 l0 e+ T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。
+ F; |7 u; l. s: h5 M
8 g7 I) F: v% U. P* X9 K+ r/ V表1 待机功耗

0 K, F5 ]* E/ D2 T4 J
表2 输出100%负载下的输入特性

: |$ r& q5 e7 M" \9 A. M
表3 效率测试（1.5M 22AWG Cable）
8 H# ~+ P$ U1 z1 X7 t* K

表4 效率测试（PCB END）
* n* N7 Q& f% p# c+ C

, u! f; j0 Y1 Z: e
表5 能效等级评估（1.5M 22AWG Cable）
3 K* y" T$ h) b" n

  n6 z$ m; |- c/ t* l* P4.2、输出特性：

4.2.1 线性调整率和负载调整率: （ PCB END ）
7 G9 S7 o5 A/ a( V

) O" q, N3 z& W$ f7 z5 ]$ ?
& j% g0 e: {% m3 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。

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

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

0 m/ X/ n+ Q1 D

R&N @ AC264V/60Hz,No Load

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

4.3、保护功能：
% H$ c. Z* e" o
以下涉及过流保护、短路保护的测试。
* a% s: W6 G9 N" ]: V
0 E9 g- R- B; {4.3.1、过流保护：
3 Z& ]  {* A8 y7 L. Z( P' a: i

4.3.2、短路保护：

) b4 B8 B. J, @; `, M1 P功率计电流量程2.5A,开启平均值模式测量。
+ s% v2 A* Q9 l: b& D" H% k

1 F# ^/ `' p" _3 t3 O4.4、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。
9 c/ O- x( ?0 w& q+ v" C2 a

测试样机及配套外壳

  o" h/ o" Z, h
, y; \( M! n9 w  D' Z

4.5、动态测试：

( R" u7 Y$ f4 U- W# @- 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)

( {$ U; |. @! y( A$ s( c1 H. z9 D, Q

AC90V 5ms

AC90V 10ms

3 I% ]$ f% i- c* p

AC264V 5ms

# {+ a+ y. `. ~; o$ O" w  Y

AC264V 10ms

- C5 X+ H7 ?: J6 o( A4.6、系统延时时间测试：
% `# i! R" }* P
/ P4 l/ V2 B7 e! b# g, G3 {1 E

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

3 I& D  b, T9 ~* I

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

- _" X8 n" c& O9 g% b4.7、其它重要波形测试：

DRAIN（蓝色）端、CS（红色）端波形图：

AC90/60Hz，100% load

AC115/60Hz，100% load

AC230/50Hz，100% Load

& ^) L' j- p% ]) l3 s% k

AC264/50Hz，100% load

! I# _! Z6 e9 T- d: c$ l9 l其他波形测试
. Q" t+ V. D+ Q* T' O  h
( Q7 U5 U1 b3 d  O2 p

AC264/50Hz，100% load 输出肖特基电压

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；
$ P7 B) y6 `9 k. [8 O, x9 Q  i( Q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）

AC115V/60Hz 传导L 相

* \# f( w. g: I( A

AC115V/60Hz 传导N 相

AC230V/50Hz 传导L 相

9 J# b4 q) D& L

AC230V/50Hz 传导N 相

9 ?: Y! D* N" n: `( y; `

AC115V/60Hz 辐射测试

' [4 |2 N) ~2 n+ K$ ~9 y

AC230V/50Hz 辐射测试