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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6 F/ T5 Q1 Z: ^6 \1 k( a5 X. b# a* s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

1 F0 y8 D, o2 |. s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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. s1 A' `; L. B# \) W* I

CR5249_12V1.5A 工程样机示意图

. d4 J  R6 S/ E- F+ A; h- v) DCR5249

% c/ T) V( k" g0 K0 ]( Y3 d# GCR5249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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2 C1 i6 E' U1 {4 N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。

# G: J+ p, r! ]- H# P芯片特性
9 Y) a& H! u" O2 I. K7 D2 ?5 }
5 H6 t' o3 K: R● CR5249 是DIP8 封装的新型反激功率开关
$ V) u3 M! _# E6 B2 H2 `● 内置软启动，减小MOSFET 的应力，内置斜坡补偿电路；
+ l6 E+ ~1 ^5 T1 `  m1 H- Y8 V1 l● 65kHz 开关频率，具有频率抖动功能，使其具有良好的EMI 特性；
( T: s4 E7 ?* e$ i5 ~● 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；
● 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。
% i( O. W7 L  Y8 ^, q● 能效满足DOE Ⅵ 和CoC V5_T2 要求
( y0 \8 k, P3 F) H9 R0 m
基本应用

: q* p9 k* E, P5 L● 电源适配器
5 r4 u) e) q9 `+ ^8 _● 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
* y' R7 `( A8 I3 }; E  @, F6 s● 机顶盒电源
● 掌上电脑电源

' }& ~7 S5 o' {引脚分布

7 n8 t9 a) R# q3 \  F: D

引脚描述
. x) I9 \0 \; I# M5 h) @; m0 {
- @4 X9 x3 r* r/ w, W7 c+ `: A

典型应用

! p+ o; R) h) ~2 H

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。

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。
, m& G' i9 O4 p- V' L( N7 H2 r
, J/ |6 O8 ]$ H# a02、样机特性
+ c& }- r2 i; Y8 b# }& e, R
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。

2 h6 c8 V8 k% n! a- e& S; ?2.1、输入特性：
! O4 s" D, k3 ~( b: e$ m

2.2、输出特性(PCB END)：
# K+ z8 T" ]" a$ }' `7 `+ Z

2.3、整机参数：

& _! X7 J$ F% M- c$ w: i: [1 |2.4、保护功能测试：
* L& ]# j9 ]7 P/ D

0 e, k# S& ]! g4 [2.5、工作环境：

2.6 测试仪器：

03、样机结构信息
2 E, H  S: K' {( ~6 a: E
  K* I2 j+ r& Y: U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：

3.1.1 原理图：
- d( L2 j3 l) E+ F

4 C4 n. K5 O# V' f1 S3.1.2、元器件清单：
3 {5 D+ e' |$ _+ w
6 T7 _- m# m9 E$ k

3.1.3、PCB 布局&布线：
8 r. r: G9 A% l  b- V! G- U
8 M2 H) H8 g* Q/ D7 K

PCB 顶层布局

5 U7 x2 t9 `2 d' D

PCB 底层布局

PCB 底层布线

8 \7 a' W* |& T* h/ m7 k3 n3.2、变压器绕制工艺：
5 t# O3 I- j* ^
3.2.1、电路示意图：
4 k# d1 I. [# w& w( a* ~
0 d1 P& O' f8 O5 m; n

" R( ^5 Y8 U& M$ U3 n$ [5 b3.2.2、规格参数：

1）骨架：EE19W 磁芯加厚立式（5+5PIN）,Ae＝46mm²；
' \2 `6 n, |5 u$ u  }! ]2）材质：TDK PC40 或同等材质；
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
0 N  U; F& @7 h" G) A7 \5）绝缘胶带:3M900 或同等材质；
  m$ Q8 n( S, h, m+ F" ^' ?' D5 S. G7 u6）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；
8 O5 z. M6 [( n! ?# l8 x+ u9）成品要求:浸凡立水；

3.2.3、变压器参数:
( ~9 a0 \0 b  O

3.2.4、变压器结构图：
- e. [9 X1 H! F7 p

$ Y! `) C- N, J- t9 F04、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 t2 O4 O: ?8 |5 T$ u4.1、输入特性：
2 K: y' I3 d: m/ g1 H' B
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。
# E8 C' y  \+ C  e
表1 待机功耗

表2 输出100%负载下的输入特性
8 d, @/ E0 o; m6 g3 @, x" i

. s/ L6 F* L- f! ]
& D% K# q8 K+ z+ \表3 效率测试（1.5M 22AWG Cable）

! F2 c4 B8 |. `; u
表4 效率测试（PCB END）

5 J& K6 `: b# Z表5 能效等级评估（1.5M 22AWG Cable）

+ {% p0 Z/ H; C% V9 F; ^4.2、输出特性：
4 |" g" k6 B6 h  d2 n0 U. ~# }
4.2.1 线性调整率和负载调整率: （ PCB END ）

+ }- u# m& _# r

* f& {  u" j  t& t& i4.2.2、输出电压纹波：
3 A; _1 g/ y. F. g
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。

) s% q6 \. ?3 H. s# c; R8 E0 G

& h0 r: c/ _$ }' d" C7 R" J1 I. x: A

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

9 \; H; C" g* P9 v- {

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

' Z' B3 @0 ~. U8 q

R&N @ AC264V/60Hz,No Load

4 l/ G2 S: D  Y+ z$ w6 ]

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

4.3、保护功能：
0 k% D: A: v, R( S7 d0 _* G: D
2 B& k1 \2 M. w+ O% ]以下涉及过流保护、短路保护的测试。
2 \% _& b* z1 B" t2 @: J
4.3.1、过流保护：
  g/ B4 k$ V! F3 \

4.3.2、短路保护：
: E4 i, l( U! r, N, U
7 R+ v" U6 h0 [" e/ _功率计电流量程2.5A,开启平均值模式测量。
2 O: J4 ?( i$ I1 K7 U! c8 D

4.4、系统温升测试

! w& e# K( a5 S1 v2 z3 o( U/ v/ a4 e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。
' s7 @7 l, N9 _, w" D/ g; U1 U
# g9 T" b( [4 y  q! r; A) X  p

测试样机及配套外壳

7 ?8 u& ^& ?" ~6 k, E( n$ U

4.5、动态测试：

* [5 \7 ?6 t% Y9 Q9 D0 ~. n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)
) {' [% w/ m3 E1 y" B
: t  ]: q8 X: S$ ~, D: g

AC90V 5ms

# z. q% {9 e# ?) b( S, k

AC90V 10ms

0 @2 S" f: K% x- |) M# \& J

AC264V 5ms

9 e  ^$ t- ~5 h: F. t* [

AC264V 10ms

" j8 l% H$ M+ A3 K/ u: t- N4.6、系统延时时间测试：
  H! t, b9 w- @
5 ^- F$ O# b1 p8 c

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

: }$ X% a' F& \- @: y8 q

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

: j0 b5 ]; K- J5 b3 V. P4.7、其它重要波形测试：
( @" Q& m4 y  o
DRAIN（蓝色）端、CS（红色）端波形图：
" z% Z5 q# z! T
$ J# s7 d! g# V6 l1 f1 ]

AC90/60Hz，100% load

$ E4 m/ \# \1 G$ ~- c; h+ j

AC115/60Hz，100% load

AC230/50Hz，100% Load

AC264/50Hz，100% load

1 E, |% v8 W) [其他波形测试

3 w' b2 r$ P. r1 _8 c

AC264/50Hz，100% load 输出肖特基电压

3 p! _' v' A2 K0 j; z5 ?$ J, |

AC264/50Hz，输出短路，VDS VCS 波形

  z1 d4 I2 |4 G; ?05、EMI 评估测试测试条件：
1 I! n* ^; _9 p
输入：AC115V-60HZ/230V-50Hz；
% ]' ~5 C; l4 e3 h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）
; n0 u  v3 [6 A9 M9 z

AC115V/60Hz 传导L 相

AC115V/60Hz 传导N 相

AC230V/50Hz 传导L 相

$ q- J# k+ y7 t( q) ]5 D  M

AC230V/50Hz 传导N 相

AC115V/60Hz 辐射测试

AC230V/50Hz 辐射测试