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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, n9 X" U: k7 q7 o+ E, \1 `本文，我们将介绍的是CR5249_18W 电源适配器解决方案。

01、样机介绍

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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8 d! d8 Z+ F0 ^8 {0 e* t8 u; G

CR5249_12V1.5A 工程样机示意图

) P- u- O# Y* |5 i& CCR5249
6 t1 d% y1 v! P* R7 c" ?6 s# l! h5 |0 g1 V
/ }. c" c( z& g7 n" 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。
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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。
2 t+ P* p" Q  a4 H8 u8 ~
# C" ~) I, M$ `/ `; k1 ~  B  a2 ^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。

& x- `3 Q1 q. n5 [2 d5 z2 X0 d芯片特性

● CR5249 是DIP8 封装的新型反激功率开关
  Q0 {1 ]5 t. M0 e6 {5 n● 内置软启动，减小MOSFET 的应力，内置斜坡补偿电路；
" v/ a' N% y( Z. C4 [● 65kHz 开关频率，具有频率抖动功能，使其具有良好的EMI 特性；
- y% O: {" {' n● 264VAC 输入待机功耗:<75mW；
3 o# y2 u' |; G2 j● 具有“软启动、OCP、SCP、OTP、OVP 自动恢复等保护功能；
3 C: e% O/ o5 y& O4 h; \. d1 z8 o8 M● 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
1 }$ A/ a& f7 F" _( c" @
0 ~& J" l( o, k' @+ q* k基本应用
# b& T+ T% j. }) Q
% r/ O* R7 \/ p● 电源适配器
2 `7 p' e1 m7 ?● 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
● 机顶盒电源
● 掌上电脑电源

7 c7 {7 i% |$ V: K( m+ `+ `引脚分布

: t& P6 S! e9 h* ]5 A% a7 v# t引脚描述
' y, [+ V1 D+ p7 q
5 t6 Y# _' ]/ Q; r

, |9 W+ e8 D- a$ H典型应用

  _1 {1 q( `4 U1 R9 G7 _

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。
" d4 y0 T, [% B$ k* x! J) M
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。
6 s! N5 Z& y3 L1 r0 G! l* M
7 v# N3 o% Y2 _- {1 m! S* x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。
2 D6 N* Y" R6 ~: |
02、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。
" N4 ?* F- F5 `
2.1、输入特性：

3 j" O5 q+ P8 d3 O: [' n5 {2 _
2.2、输出特性(PCB END)：
: s! g  n% x) J- B3 }

) }- j0 U. ^7 t; t* o2.3、整机参数：

2.4、保护功能测试：
/ \5 z+ d' A5 H8 M% J! h

3 l/ ?2 Y# R- B2.5、工作环境：
6 w  R% F0 E/ X: v

2.6 测试仪器：
7 {  J. S& Q$ n/ c: p! l1 [

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。

$ O* L6 a- ~6 H/ l, d# p; k; _& D# A3.1、电路原理图及BOM：

8 I5 Z) x4 L4 d8 C/ C. F0 I3.1.1 原理图：
& q3 V  }+ c$ \9 J, M

3.1.2、元器件清单：

8 k/ S) K( G* L) ?8 P" l# n4 d

+ K' n5 x; R9 g- ]& k/ P3.1.3、PCB 布局&布线：
, y/ E1 K/ z/ k8 A3 `' R: R) a
2 V& ?" l' e! w( M( M1 L

PCB 顶层布局

# s4 }6 H2 ?+ P% O% S# e

PCB 底层布局

: U9 b  i" H" d  O" X5 u% c0 T

PCB 底层布线

3.2、变压器绕制工艺：

! }: Z9 |' n( j0 m) V6 C3.2.1、电路示意图：

$ }6 N, G( F# y# G* |8 j0 l, z8 _3.2.2、规格参数：
4 Q: f7 ]8 a9 a% Y" |
% L  B" V( q1 [, ]$ [  r1）骨架：EE19W 磁芯加厚立式（5+5PIN）,Ae＝46mm²；
2）材质：TDK PC40 或同等材质；
3）N1、N2: 2UEW 漆包线；N3: 三层绝缘线；
5 q% T* @: J* m* C" V4）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；
, S+ s: H7 a. I6）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；
  j5 u7 W6 _* L- u9）成品要求:浸凡立水；
9 D  i8 r8 i# a& @
3.2.3、变压器参数:
! p0 M( [: f  x( t& Q  a; j( i

3.2.4、变压器结构图：

$ I* D) G7 S2 W% Y  `

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。
) O8 b1 t( \0 [: f- O/ z
% W( ~1 L! \& _' C: x( I7 o5 U5 ?4.1、输入特性：
# V6 z' L: r5 R; }8 ~  {* u! k2 a
" O! C4 A' m% X& Z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。
; B' M/ T$ g- ~' d$ y
表1 待机功耗
! g" c8 Z9 k9 e5 r8 N% v& M/ H

9 a) [- `  m$ x0 f
. o9 i5 [: ~' E; |  y表2 输出100%负载下的输入特性
2 p% N7 C5 N8 w. R/ [

* m+ n+ V9 I" o/ r
5 u& n6 S) g$ ~* n6 L表3 效率测试（1.5M 22AWG Cable）
7 j9 X( v4 i/ q2 _

8 s6 C) |2 B$ x
表4 效率测试（PCB END）

: N* C6 g. g9 \5 Z- P: O; B+ t表5 能效等级评估（1.5M 22AWG Cable）
6 j% W5 s2 l" r/ m! E

4.2、输出特性：
4 L2 c9 K0 e1 w; \
8 w' ~6 V/ p# H& E5 V6 A. Z* K4.2.1 线性调整率和负载调整率: （ PCB END ）

4.2.2、输出电压纹波：
/ s+ t7 H9 Y3 ~/ X6 y
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。

8 q8 j& J; P2 L

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

/ j2 K* l. A' V! v

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

7 m. @5 ?5 o; ]* I+ {( \8 B1 p% U

R&N @ AC264V/60Hz,No Load

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

4.3、保护功能：

以下涉及过流保护、短路保护的测试。
+ ]" R( p6 Q3 F6 L7 G* J8 o' B
. x4 ]6 D" p7 e# P( e4.3.1、过流保护：

2 D5 {+ m* E; U7 ^4 |4.3.2、短路保护：
$ `; w' X8 y+ L* x& j* ^7 y
功率计电流量程2.5A,开启平均值模式测量。
$ l8 `9 F+ n, h7 W

# A4 R) l, }" q$ [4 L4.4、系统温升测试

: t- F8 ~8 y& L  P! g$ f( q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。

) L; H. a$ K% V' Z! E  {' z

测试样机及配套外壳

  T, v- G! s2 g$ _( j2 H8 e, n

  Z8 c1 n! o# e4.5、动态测试：

. Z$ K( B" p/ V; 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)

' Z  t1 |4 G. q& c+ T& Z

AC90V 5ms

AC90V 10ms

, l  `+ F1 z) H$ ?* z! q4 Z

AC264V 5ms

5 i3 i4 H) t4 H

AC264V 10ms

4.6、系统延时时间测试：

8 b% |' h; u5 r, M' g

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

9 i0 U( T( d" b6 N% V+ H

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

0 _' a& S/ z( R- z5 l

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

4.7、其它重要波形测试：

DRAIN（蓝色）端、CS（红色）端波形图：
6 D( d( Y; `+ S+ j4 R6 e

AC90/60Hz，100% load

AC115/60Hz，100% load

! ]# g. n* t: g7 d

AC230/50Hz，100% Load

AC264/50Hz，100% load

其他波形测试
7 u4 ?2 ~4 q1 H; M/ F, Q$ g

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：
5 D2 g& ?5 }! n. A+ C( o
输入：AC115V-60HZ/230V-50Hz；
  P( T3 Q0 s9 n" Y3 d& I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）

2 b. c& m! c4 A6 H9 u& q0 z

AC115V/60Hz 传导L 相

AC115V/60Hz 传导N 相

/ q0 D# u) I* x. T* n" H) A2 P

AC230V/50Hz 传导L 相

AC230V/50Hz 传导N 相

* U7 X/ v0 f( \! {5 f

AC115V/60Hz 辐射测试

# q6 D9 }; i2 b: S6 F1 f

AC230V/50Hz 辐射测试