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。
( J$ W/ i! Q$ j/ D+ j
01、样机介绍
! z0 w" D) I. [( V- a6 Y
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。

# K& H8 Q0 J" h/ l8 t" E# h6 c

CR5249_12V1.5A 工程样机示意图

3 W! c6 C/ M6 |; gCR5249
  x# C3 f/ p1 ~! {
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。

0 @( W% w2 S4 H+ [  O; m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。

0 r* j7 a4 E3 I) M; ~0 TCR5249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! T/ l- O9 P& V! B2 F& w
3 R& V/ ?2 J2 q: M& V芯片特性
/ b! g& q, m# ]  U! F8 S. r
● 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；
3 F2 {3 O  K2 I& s● 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；
% a  B2 N" I. q+ M3 t3 N" K● 具有“软启动、OCP、SCP、OTP、OVP 自动恢复等保护功能；
0 D9 p+ e2 b3 M: n& ?& ?● 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。
/ U$ S& B0 f- C% Z6 f● 能效满足DOE Ⅵ 和CoC V5_T2 要求

: ^- q6 q+ B5 D6 ^) E基本应用
+ k; Q, ?2 L* V1 f  h
8 ~3 ~8 ]6 S+ Q% i● 电源适配器
/ o4 ]/ N/ }2 V) U● 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
" G- z/ L% \8 x5 M  x& y● 掌上电脑电源
: W7 c: O+ e/ k+ v! D
引脚分布

* X$ |$ y: V+ \: Y& G5 X$ @" r

+ f+ n4 ]+ C: b; F( c$ D; p引脚描述

* k9 r  n$ q; a% W

% q; \( S- U1 |典型应用

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。
( Q; b/ Z" n# t0 Y: t
  n8 I% G, K/ Z. o- B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。

! L2 y4 {( i: |0 w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
  E- m( @1 K8 Z6 A- w
" h( X" Y- `5 T# @* z: ?1 C" j5 N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。

2.1、输入特性：

2.2、输出特性(PCB END)：
3 p/ ?$ x7 p9 O, S/ F; R

7 H9 i3 p( q% R/ y' F% @" Y+ j2.3、整机参数：
8 i0 b0 L& k1 D+ E' Y& F: H

' r. C8 o3 I* G% C4 q! C* B! i2.4、保护功能测试：

/ x; `( W' O8 A( C+ {! D2.5、工作环境：

+ b( J: P' M2 O2 ~; f2.6 测试仪器：

03、样机结构信息

0 u! I6 _$ r2 F( W" S2 E" \+ [( d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。
+ t1 S3 L8 ~& P2 t0 O# b: r8 t
8 ^! B" |, |! g3.1、电路原理图及BOM：

% e9 [) l5 s$ ^" `) B. a3.1.1 原理图：

! V1 i( C$ a" n/ E- k- s7 A3.1.2、元器件清单：

0 D7 j: w. I7 ^9 L& \

3 o- C+ {: c, s8 A$ X- k0 |3.1.3、PCB 布局&布线：
2 {& B/ b9 `- x6 L) |
9 Z- X' E- H8 G

PCB 顶层布局

PCB 底层布局

' j4 ^7 @4 f$ f' t, n0 ]2 Z

PCB 底层布线

3.2、变压器绕制工艺：

3.2.1、电路示意图：
2 L) i7 E" M& x6 i
; s! _2 l; W' b7 N

: G; T. W/ N6 |- u# _# x: r. I3.2.2、规格参数：
  y1 X1 a3 Z" D4 ?2 X) ]+ s
4 Z7 V0 y. R+ U% a8 J6 _" f' Q1）骨架：EE19W 磁芯加厚立式（5+5PIN）,Ae＝46mm²；
! V8 X! v  }8 U% ~# k2）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；
6）初级绕组感量Lp：1.8mH±5%（测试条件：0.3V，10kHz）；
% c2 o* w* H( Z. a: m7）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）)；
+ c  ~3 q9 a7 f) @  P2 O8）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:
- B( e2 w. k' B7 `) e" F, N* e

3.2.4、变压器结构图：
5 Q( C* j5 w# P% H# |( I* C

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。
, V+ b( |( }5 \( {
; v1 @1 x( {: T' b2 U# ~& K4 n! I) t4.1、输入特性：
9 ^  \( V' r, c! n* K0 ~
  S6 ~1 |. i0 @5 r3 W6 w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
- y* C3 O, D5 u" I3 {7 n

3 S, |+ _2 y: q7 X  b表2 输出100%负载下的输入特性

' w  R* T$ s+ Y% d
! W9 r5 w/ ^3 D+ T$ Y8 z% ~表3 效率测试（1.5M 22AWG Cable）

. n, q( D& }# ?* R8 o2 W7 V表4 效率测试（PCB END）
6 f+ B. K1 x4 F# L2 W# o

" ]% i& A1 N% D0 k8 g, C
- R& V4 ?9 G$ ^5 \! t' s表5 能效等级评估（1.5M 22AWG Cable）
. m1 e" `5 X: n$ m7 r' U/ v6 r

4.2、输出特性：
# \. `) t  ~5 _1 U5 F8 Q3 L
- k, ~( c$ Z& t8 |3 j2 ~7 ]! N4.2.1 线性调整率和负载调整率: （ PCB END ）

) u& n' G, N) s, }% Z
4.2.2、输出电压纹波：
+ o9 O1 I* C( r$ z! t
0 T- B) n4 N5 s+ D' W0 S: u1 l& f7 Q7 w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。
, I1 r2 C, ?% p) ?8 L
/ F: k) a5 X* O

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

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

0 V9 k7 `7 }# v6 k. `$ g  {

R&N @ AC264V/60Hz,No Load

* H3 e' d; U$ e) O! L- Z

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

# z4 I9 i, @$ ~$ _4.3、保护功能：
$ P) o" m# z$ T( y2 B, X+ b2 f
  Q. E. r* A: Z" c% y以下涉及过流保护、短路保护的测试。

3 {+ F$ F: D" m( u! N4.3.1、过流保护：
, ~1 N0 S" t. W7 i/ m! ~! @. u8 N

4.3.2、短路保护：
0 [: m7 M+ X* Q" a- N$ k
6 {: ]5 l3 A( ?& E+ f9 D* h功率计电流量程2.5A,开启平均值模式测量。
( L+ p6 x6 b' t2 c

4.4、系统温升测试
" N: l) m/ u- k' V. i( Z/ S2 c8 [/ `
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。

测试样机及配套外壳

4.5、动态测试：
2 D1 ?  T8 l3 k' T, C. O
) N( f$ m  M# O6 G6 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)
  C2 Q1 M# D, l3 c& G/ a1 A& A3 a
. P, M6 N1 E2 [# }  }

AC90V 5ms

, C* L4 x% v% a( G7 n3 V* S$ {

AC90V 10ms

9 _/ m' N0 _- i, {$ Z

AC264V 5ms

9 y$ \" l2 o9 L& f$ A8 n

AC264V 10ms

1 |6 I9 _! L9 d* _2 i& I8 K! I4.6、系统延时时间测试：
7 [" |' q, i6 y" c+ ?1 f7 I# `. u
- S$ W" W5 T& A- x8 U2 b  S8 e! W

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

5 O" M$ e' E0 H& n/ u

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

4.7、其它重要波形测试：

9 _5 z5 @7 B$ @5 p" O! g6 \( KDRAIN（蓝色）端、CS（红色）端波形图：
9 p4 [2 h$ V6 U7 V
/ j+ A% U+ ?: s2 {% |" T

AC90/60Hz，100% load

: J! p% V2 `+ c1 ]  q

AC115/60Hz，100% load

5 ~/ ^" k+ p4 i- P6 J9 i

AC230/50Hz，100% Load

AC264/50Hz，100% load

其他波形测试
+ W6 U7 L/ v. ^. K) K9 j# j5 F# @
: E4 P/ p$ s7 I

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：

输入：AC115V-60HZ/230V-50Hz；
: v% g4 i' F& y& R输出负载50W 8Ω大功率电阻；
0 h0 z$ D# P: E: u! e限值标准参考：EN55013、EN55022B。（辐射测试结果仅供参考）
# K+ S4 `4 \3 ?
- y+ e+ T/ x, @2 |0 {

AC115V/60Hz 传导L 相

8 {1 n# v& B* T2 d4 U0 R) \

AC115V/60Hz 传导N 相

AC230V/50Hz 传导L 相

AC230V/50Hz 传导N 相

3 Y, D! k; @& M! A% K2 e8 m- C) `; {

AC115V/60Hz 辐射测试

AC230V/50Hz 辐射测试