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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本文，我们将介绍的是CR5249_18W 电源适配器解决方案。
, B6 n( z" e: j0 J1 t
3 w: N2 b  P! M( s4 t01、样机介绍
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' U* s& _* _% q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。

7 J  ^# e6 }; o

CR5249_12V1.5A 工程样机示意图

CR5249

8 l( C2 n; _5 A8 jCR5249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。
$ U1 N9 j; @: C# X. I$ O
8 K% q4 k" b8 t: 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。

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。

& m6 e( y6 N2 F/ H芯片特性

% Q9 d8 R0 n1 `9 w3 K! O● 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；
$ |. b% {! L$ c) d4 V● 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；
● 具有“软启动、OCP、SCP、OTP、OVP 自动恢复等保护功能；
2 y# U% N: B: x3 J+ s0 d● 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。
! M  Z, Q  F( z9 R9 G3 _● 能效满足DOE Ⅵ 和CoC V5_T2 要求

基本应用
1 E, \5 s: e: L/ m* V" @
● 电源适配器
+ x* e* `/ q) y; e5 K● 开放式电源
● 数码相机和摄像机电源
& G) a% i& l8 D5 O$ F● 电脑和服务器辅助电源
● 机顶盒电源
● 掌上电脑电源
9 }9 i" q0 @6 i: Z% G
4 F  V$ ~  ]+ k/ `6 D( P* W( t引脚分布
4 V8 L) O0 u% y# z8 l
7 H9 q! F% r* h! o6 K

引脚描述
2 I2 m6 o" R; j7 X$ W; O

/ e% }9 X7 w% B3 `5 n5 x6 V典型应用
: ^; d) Y+ |+ |5 h
2 d9 F/ @5 |4 X# I

# R/ F% @9 \, b4 g: 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。

8 F# O' l5 j' ~+ u" U, i8 a4 O; Z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。
2 p& R  l9 R# Z, K4 `1 \8 V: J$ Q; 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。
$ [) |" O( G  Y. N
02、样机特性
4 N) @/ E% v1 s' J1 l
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。
0 O/ P8 o8 j, w9 R2 W' E8 F2 s
2.1、输入特性：
4 w# W7 \; r/ J, _8 m8 ]7 M, g

2.2、输出特性(PCB END)：
2 |! p* i: W! j, x) b

2.3、整机参数：
" `5 p6 E( e6 @8 t( m- e1 W4 I

2.4、保护功能测试：

, U1 o# B. z3 a$ |9 q2.5、工作环境：
" ~$ `7 ?; Y& S0 O8 M  n

% c- N6 O1 `- B0 u. K" b! c2.6 测试仪器：
% t. |5 a' \) Z2 x1 Z# @3 x1 h

03、样机结构信息
' w7 Y/ L3 L2 N* z3 ^
7 J2 h7 q* i8 d  q, `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。

! I0 l/ j. m2 c' G0 s4 w6 P/ ^3.1、电路原理图及BOM：

3.1.1 原理图：
  t( X; Q; {0 |5 Z/ A) |

# e2 H/ H/ i2 J2 s3.1.2、元器件清单：
# \7 V, W1 L9 q6 J5 M# e

+ s5 I% `. \, l/ T- M3.1.3、PCB 布局&布线：
' s- ?4 p4 }1 D8 j, ]

PCB 顶层布局

1 i7 I- b% ?% G5 {/ P4 m

PCB 底层布局

PCB 底层布线

: H9 T! g+ _) ]- o% Q' U3 f0 M7 z3.2、变压器绕制工艺：
) }" U5 H+ C- e' `
3 S! Y$ z% Q9 }1 z% ~* T3.2.1、电路示意图：
$ H. f! c& X4 A1 O. F9 \! b
, J% g3 s: k' K( |) P+ X

3.2.2、规格参数：

1）骨架：EE19W 磁芯加厚立式（5+5PIN）,Ae＝46mm²；
2）材质：TDK PC40 或同等材质；
' |- ]* J$ F% l0 r) b: o6 W3）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；
5 n& W: u* `- G, m6）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）)；
% s9 `( f# G- h# A  T  G8）耐压测试= 3.3KV 5mA 1Min；
9）成品要求:浸凡立水；

3.2.3、变压器参数:
( h3 G- f. A/ t5 Y' L& r

3.2.4、变压器结构图：
  B0 y; M3 d+ b8 D

04、性能测评
* c1 y" @3 u) X$ S9 ]1 B
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。

8 w* ~6 W( `$ G( w1 M! i5 I3 w; K4.1、输入特性：
7 T8 j% s) P0 h$ O9 ?2 i' ?+ u
/ l8 q2 m. V0 ]0 U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。

表1 待机功耗

2 u( y3 g. Y' \
表2 输出100%负载下的输入特性

  k; p  w4 E+ j6 i$ |( g表3 效率测试（1.5M 22AWG Cable）

表4 效率测试（PCB END）

  {* |, i( ^; l9 t" Z
表5 能效等级评估（1.5M 22AWG Cable）

# k, d8 @# z. q2 ?
4.2、输出特性：

2 _: S" @3 B1 q1 h1 H1 h( _) N4.2.1 线性调整率和负载调整率: （ PCB END ）
0 t; G( q4 Q+ H9 S- S

" p4 b. M8 Z! ~& |4 ]
4.2.2、输出电压纹波：

4 M! j! W( w- I4 o7 i2 H- X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。

9 {! R' _: c, Q; j6 w

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

1 w+ G1 X$ `0 m- x3 l3 B

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

R&N @ AC264V/60Hz,No Load

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

8 U  R3 q! I& a% G( v, w4.3、保护功能：

以下涉及过流保护、短路保护的测试。

4.3.1、过流保护：

4.3.2、短路保护：

0 n! w8 _0 ]( I) d8 S) n功率计电流量程2.5A,开启平均值模式测量。
; J) G( P1 ~4 \( }7 \5 v

* L7 Z+ A" b9 ?) U' ^4.4、系统温升测试
; s4 v; ^" E4 ?. S7 T2 T; x7 O
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。
3 v/ t, n1 {3 C

测试样机及配套外壳

8 M$ ~/ H9 o3 r5 G! e* F6 U
- C2 `  r, q7 `6 m0 ]; H) Z: y

& i2 L3 `/ W9 P$ I' r4.5、动态测试：

8 ?; b6 A* c$ B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)
, ^. I3 p: k! K
4 H$ ^4 f: @- _  X2 F

AC90V 5ms

AC90V 10ms

AC264V 5ms

0 o7 j5 W6 f$ i0 R

AC264V 10ms

4.6、系统延时时间测试：
9 `# U& P4 H% `* G0 S8 ^1 Z) f
/ D2 c0 E7 S% L0 M

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

6 O# N2 U8 C$ q& ?

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

. o! V  y6 d. z, e

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

* n  M. R; _) L$ Y" b8 I4.7、其它重要波形测试：

3 c* ^/ p) ^% ^2 l, vDRAIN（蓝色）端、CS（红色）端波形图：
2 V% i  l1 h: [; j5 L, N
) z; q: W3 M; P, ^7 _4 ]+ N

AC90/60Hz，100% load

AC115/60Hz，100% load

AC230/50Hz，100% Load

& W# q! `6 x: G/ K

AC264/50Hz，100% load

% c, a8 a5 @4 A# u其他波形测试
& [7 l) A; q5 J. e

AC264/50Hz，100% load 输出肖特基电压

AC264/50Hz，输出短路，VDS VCS 波形

5 f( u( }: x/ o2 r+ z0 o! d05、EMI 评估测试测试条件：

) i! U" g5 Q0 x6 [+ m% h输入：AC115V-60HZ/230V-50Hz；
1 ~. C0 v2 h- G9 @输出负载50W 8Ω大功率电阻；
" p" X* C% j; [* E限值标准参考：EN55013、EN55022B。（辐射测试结果仅供参考）
9 c$ H; I% A% X! C/ I0 ?
! e& i3 U' Y; ~6 J8 M

AC115V/60Hz 传导L 相

, n. {9 Y. Y3 k& o

AC115V/60Hz 传导N 相

AC230V/50Hz 传导L 相

' G$ n0 Y! c9 C0 r! c# X& P# K

AC230V/50Hz 传导N 相

AC115V/60Hz 辐射测试

$ J% Y1 Q  R& h7 \$ ^

AC230V/50Hz 辐射测试