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。
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  j( _0 \. j2 Y5 @7 n6 H01、样机介绍
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. \& N) F3 ?7 _& v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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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。

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。

, R: M! `3 d7 H7 k" S1 z# U8 X: |$ DCR5249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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( U) l/ E3 t( w6 e( }芯片特性

; `# n0 S& f1 n3 l- W- t  n. j● CR5249 是DIP8 封装的新型反激功率开关
! N, V  l7 D& K/ F● 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；
% t4 l: e: j; |& j/ H● 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 m7 L% a# h" v, _! z6 i● 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。
' ?% i9 D3 B6 c: K! b● 能效满足DOE Ⅵ 和CoC V5_T2 要求
1 F" |- ]8 T9 _$ U9 ?' L
基本应用
* O3 D. Y3 R( P7 P( A* a6 B
4 f; `4 Q% w9 l' q. W' L( d2 x( |● 电源适配器
● 开放式电源
" P5 F& m1 m- X7 |● 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

% C0 U7 n* |' j, ^% X引脚分布

引脚描述

+ r7 m: R( A/ Y$ G) L

4 B! D3 o$ m, z. i典型应用
& }# F# @9 f* }" @2 J  _/ D* U: w
( i3 e9 g) N" X; p. A* i; Q

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。

0 }# m! o+ n2 g9 c# t6 t6 I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。
% M! i% o! z+ M
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。

02、样机特性
( [! ^# G+ J. ]2 ?
) h( h8 x# ]1 i# c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。
3 e" e; P" h$ u- p0 s
6 \' a- e  t% |/ Z: {2.1、输入特性：

" p+ _  q% n# e5 N+ b- y! m2.2、输出特性(PCB END)：

2.3、整机参数：

3 H& e9 k6 D* b. }2 V2.4、保护功能测试：
1 {, s7 s$ ~; n) R1 x" e# i

6 x( X; Z- B: M2 Z1 G: d2.5、工作环境：
1 r) v9 p) B6 @" o, U9 P

2.6 测试仪器：

03、样机结构信息
6 b9 V  J- u- ^% O5 P( D$ o
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。
) Z5 ?# L1 Z/ u
2 {' g+ {- d4 m  N5 s3.1、电路原理图及BOM：
: Y/ f: D4 i/ ]% T2 Y: R! u3 @
2 `+ e1 T0 C8 y' {  K9 Q: L3.1.1 原理图：

3.1.2、元器件清单：
4 b5 N: [0 X$ O  U

# B. O0 R; y% Z! s0 F3.1.3、PCB 布局&布线：

0 ~# c9 K' Q: e8 _6 y. U1 A; Q

PCB 顶层布局

PCB 底层布局

PCB 底层布线

1 w/ M6 m3 v3 P; O. S; H0 J3 i2 y( ^3.2、变压器绕制工艺：

3.2.1、电路示意图：

0 A& f8 z, q( Q. R% [/ e8 ^3.2.2、规格参数：
: B2 {. V3 F, _/ h
# O& Y7 C" ]. u) Z2 ~5 d1）骨架：EE19W 磁芯加厚立式（5+5PIN）,Ae＝46mm²；
2）材质：TDK PC40 或同等材质；
& z  E/ l) `6 Y3）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
# p8 w+ P' Z. O9 f3 w. _, J! {5）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）；
1 K. N$ |' h' _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 ^- F. c' D$ k2 N. i! E4 {  |( c9）成品要求:浸凡立水；
* S) D3 U% g; }5 i, v# P$ s
3.2.3、变压器参数:
0 n1 e6 O9 I9 }1 G4 _

3.2.4、变压器结构图：
  Q9 G# O/ ^5 R+ ~3 M/ D4 Y! l6 p

04、性能测评
5 |% j5 m, c5 m0 ~5 \
" S% V) F) u7 [, s1 ]5 r9 R) k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：

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。

+ [4 }; a3 X5 ?2 Z" i: f表1 待机功耗

, I$ M' c' P  O2 D8 R6 v" V表2 输出100%负载下的输入特性

; v0 y5 f# g% t8 `( K  \6 C表3 效率测试（1.5M 22AWG Cable）

$ p! a# p7 S; @: s' ~# G# R
. ?5 a6 G0 S0 y+ z3 N4 g表4 效率测试（PCB END）

2 j# }- J) f0 K1 f3 ?
表5 能效等级评估（1.5M 22AWG Cable）
* q2 \7 _4 ^0 O

+ R* w' \. u, Q9 b. Q9 m* b4.2、输出特性：

2 o; V. C/ B8 F4.2.1 线性调整率和负载调整率: （ PCB END ）

6 f, ~/ ?4 Y4 P7 p4 M
6 p: L8 g5 A2 I% ^; v  Z- R9 H4.2.2、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。
! D+ T7 m+ s' w; `1 ~

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

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

R&N @ AC264V/60Hz,No Load

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

) v) M9 H9 {: T( z- j4.3、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：
  s0 @5 s  [3 R; Y5 f4 n

4.3.2、短路保护：
; s$ F% i% m1 h- e  R
功率计电流量程2.5A,开启平均值模式测量。
+ t9 t8 X7 B& F; ~* m/ l

4.4、系统温升测试

4 y8 X: o/ N+ K5 ?0 d6 {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 |1 ]8 c9 ~% w3 Y6 m' R

测试样机及配套外壳

4.5、动态测试：

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)

: y% ~! }7 X/ o: P' A3 Y# `6 F

AC90V 5ms

! z' i; G/ r2 S

AC90V 10ms

0 x9 q1 |  y. W+ N$ D

AC264V 5ms

" v1 B* K' Q& q; \3 g5 U5 U

AC264V 10ms

4.6、系统延时时间测试：
0 S2 e% D( \7 A$ J% j$ V

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

  A! ?: X9 E- p3 X- b

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

% ]. ~$ f" m: U. ], H" X

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：
- ]* Q5 b% T+ F9 c0 Y

AC90/60Hz，100% load

+ i1 ~7 Y" a0 d3 f5 N8 ]7 g  n5 h

AC115/60Hz，100% load

' m9 q8 L9 k7 G$ q: V- O' x

AC230/50Hz，100% Load

AC264/50Hz，100% load

8 u0 ?* ~# X# A其他波形测试
* v. B! D% J: _, R2 E0 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：
' m/ M1 t- K7 Z9 x- h# {
: Y( R2 w7 x3 p- w- Y2 ]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）
. T3 Y1 h- ?% o5 c4 k

AC115V/60Hz 传导L 相

AC115V/60Hz 传导N 相

% j4 ]* i8 h; }3 H

AC230V/50Hz 传导L 相

AC230V/50Hz 传导N 相

AC115V/60Hz 辐射测试

AC230V/50Hz 辐射测试