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。
  t& J7 x0 {- N/ V8 S1 i! F2 H' h
" W* X3 o0 P0 L, I8 n6 b. @01、样机介绍
) x6 q% N8 E- j, v
" L3 r: [& j* W' ^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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$ ^( D- L  D; w% X, f$ ^/ Q( g* r

CR5249_12V1.5A 工程样机示意图

CR5249

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。
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' i+ G3 Z3 g% _8 |$ o' s7 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。

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。
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+ F1 Q0 l7 w2 a$ A) B芯片特性
" x! K2 g* x5 I
- c5 P0 a# |1 I( p● CR5249 是DIP8 封装的新型反激功率开关
/ \, f) S. c+ b$ Z+ N. [2 e2 t● 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；
* |$ I  H6 Q) o2 O● 264VAC 输入待机功耗:<75mW；
! N6 y1 Z$ c4 s9 ?# {( A● 具有“软启动、OCP、SCP、OTP、OVP 自动恢复等保护功能；
# d8 b( K3 k2 I0 f" h/ v- [0 Y* w: H● 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

; v3 ?- A, t5 J' O4 C7 l0 l5 D基本应用

● 电源适配器
● 开放式电源
● 数码相机和摄像机电源
1 L; S# q" `' C& D+ ?, t# ~; Q3 V1 n  z$ r● 电脑和服务器辅助电源
● 机顶盒电源
* l+ K! ]( y! A! W- |● 掌上电脑电源

引脚分布
1 z" y. Y- H& ~0 I
5 ~' R& s  a3 H

引脚描述
6 V! d7 G, F9 P) p; s2 o" a0 ~

8 a" o% _- @$ S# l! U. C( n典型应用
, w! [7 v1 H4 q  g6 |, M1 W+ r* u  `4 s

  ]( l7 J" R2 D* X5 z- x/ N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。
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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。

# f+ U, }! ~! }) G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。
, Y1 B: g- N7 E3 d% H! J9 x  u
' g* d% Q9 J( o02、样机特性

+ u' C: o7 g* I+ r  X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。

$ l! P+ z6 |. n/ m/ n, r2.1、输入特性：
, _& z9 p( `. ^" w

4 S7 d) P/ |' H& @- {3 T* W0 ~* N
) \6 C" J/ {$ _5 U, V4 S% \2.2、输出特性(PCB END)：

" [$ {0 ^7 A& d2.3、整机参数：
+ e! z- S0 U6 m  }

# u$ _( H& s- W# Y7 `  R& i1 w2.4、保护功能测试：
; j# X/ b6 y; ?+ }* X

' }6 ^+ h& ?% A: J; t+ ~2.5、工作环境：
0 g8 D6 U" E; U) G

0 [1 E0 V' u2 {0 z2.6 测试仪器：

03、样机结构信息

. `) ]! p  z5 q1 E, c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：
0 U+ X' `- ]2 a1 j; n+ E
) V' ^! X, C) o* k9 }" Q3.1.1 原理图：

2 C: [, ?* S; ?3.1.2、元器件清单：
; c/ `# q2 p3 G

3.1.3、PCB 布局&布线：

5 P0 g2 r4 \- \* |( v

PCB 顶层布局

3 i+ I  q* k2 O2 @) ^

PCB 底层布局

PCB 底层布线

3.2、变压器绕制工艺：
. q' q( y8 M" w# z1 x2 {
( q: c6 q& {- ~) x/ w' ]0 y" _3.2.1、电路示意图：
, N4 R. _6 [5 h, j/ v

3.2.2、规格参数：
, ~; t9 D: _' L6 ]
1）骨架：EE19W 磁芯加厚立式（5+5PIN）,Ae＝46mm²；
8 e9 w: F* X" }1 L4 w9 k4 u# B; }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
5）绝缘胶带:3M900 或同等材质；
- n8 A; f3 H: b, `5 {+ R6）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；

* w" d& {1 m) N8 Y3.2.3、变压器参数:
# j3 Z. D, o' o" m

3.2.4、变压器结构图：

, P/ s9 _0 N% `- b- T, s* J

! V) X' H4 c/ ?( j( F% a0 {" p: l$ }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。
* F, P/ f! r, k  V8 ]- L
4.1、输入特性：

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。
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0 b" Y7 F- E- \9 T5 w: i表1 待机功耗

表2 输出100%负载下的输入特性

( s0 V* p* a# Z5 n
0 O' y0 ]2 `5 u5 q! o表3 效率测试（1.5M 22AWG Cable）

% s3 ^& j9 X2 u
表4 效率测试（PCB END）
3 o* K4 k2 X  x

4 r3 J8 s! z" ]1 w' R  r% n
表5 能效等级评估（1.5M 22AWG Cable）
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' L! m* `( j  q
4.2、输出特性：
1 O  @, Y  V0 _" J5 q# O
, E6 S! ~  a+ x# }* S4.2.1 线性调整率和负载调整率: （ PCB END ）
: a' `' c; ^! o  f
% K3 W+ I% {9 }; d8 _9 i9 {

( W" t& W8 n, {! J; S) J+ q
. a* u4 q  `9 k- Y9 b4.2.2、输出电压纹波：

$ Z/ i7 W' {1 Z! G5 ?8 J; q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

! Q$ V6 A. i  S2 s4 m

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

R&N @ AC264V/60Hz,No Load

' b' t' |# t; f0 H5 ?

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

4.3、保护功能：

* c( B$ e, P: ?% T: u: A9 f5 z以下涉及过流保护、短路保护的测试。

4 Z0 I6 i/ M; r  C( p4 B4.3.1、过流保护：
0 l$ [2 M4 @5 c/ @

0 _, ^7 q2 ?9 i* G6 G) E! l4.3.2、短路保护：
; f6 O' p$ e2 B: N2 g0 n1 F7 `
功率计电流量程2.5A,开启平均值模式测量。
' M) Y6 @9 r- G* M, v* C# q& K

4.4、系统温升测试
% d% v0 S- m& j  j" c  \- I
, {/ U/ V8 @0 W0 r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。
  ]7 N& ^3 m( N7 C, q; k* ^$ S

测试样机及配套外壳

! l5 V8 ?$ [2 O

0 l. A+ Q9 o1 S- b, B+ z* ?$ m4.5、动态测试：

, ^3 q+ F6 `8 ~9 W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)
" s6 x1 y9 j3 S- N0 ~1 q
- B6 g# q+ [0 T' m

AC90V 5ms

# n0 s3 s( m# I$ _5 q) j: E! v+ l

AC90V 10ms

AC264V 5ms

; x+ b. f4 H8 _3 Y6 L" H0 D9 C* V8 }

AC264V 10ms

/ [6 x* F1 v  M& ~% d: q4.6、系统延时时间测试：

/ D3 u, w6 r) u/ a. }

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

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：
) d5 @' e4 v& f3 M/ |! m5 s+ _

AC90/60Hz，100% load

AC115/60Hz，100% load

AC230/50Hz，100% Load

AC264/50Hz，100% load

1 C6 a% g7 ^" Y' S+ g0 s2 i其他波形测试

AC264/50Hz，100% load 输出肖特基电压

, s( y/ |  Q- S1 W( i

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；
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

8 N1 k3 W3 F1 c0 m: h

AC115V/60Hz 传导N 相

3 a3 u% f- Y" W9 @/ @

AC230V/50Hz 传导L 相

AC230V/50Hz 传导N 相

AC115V/60Hz 辐射测试

AC230V/50Hz 辐射测试