本帖最后由 思睿达小妹妹 于 2022-5-13 10:06 编辑
9 m$ _3 J0 f; S7 T9 M
) H; A8 C l4 Z/ Q% }本文，我们将介绍的是CR5249_18W 电源适配器解决方案。+ u; [; E- E2 ^; [) @
, b! W8 }8 t4 z3 j9 M- F
01、样机介绍
( W9 K% d: l2 r. l- d% V
" W5 n% |1 x) V2 D( B1 w3 a# ^. L) z$ J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。
" e0 l5 _! |2 H( z) L- w# h0 E# Z2 ], O
CR5249_12V1.5A 工程样机示意图
9 }/ k1 ^* z& H4 L5 B0 MCR5249* g9 A8 J4 a. {9 @+ o
# h/ H& g/ w7 y& eCR5249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。9 ]$ G3 W* P( `2 [! B$ m8 w( `
" r( [' P; k- k+ l7 E+ D8 _; ~
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。3 c8 \& x) r" C' H% J5 r
; L6 M0 d+ q2 Z ^0 S) J! f7 f/ oCR5249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。
4 A9 @8 P, E& |- c0 j- u3 s; J6 G1 q# E6 w' M
芯片特性. ]4 O& F$ ]7 Y( x! c
7 [' N' F& _. ^- u0 `% t7 B● CR5249 是DIP8 封装的新型反激功率开关
7 I5 L; i6 i& \2 f- z● 内置软启动，减小MOSFET 的应力，内置斜坡补偿电路；
1 z6 X L/ ~* T" |: A● 65kHz 开关频率，具有频率抖动功能，使其具有良好的EMI 特性；7 @9 _$ s5 N& R7 \; [7 h
● 264VAC 输入待机功耗:<75mW；
" |0 p% J( X/ ~$ r5 p1 U0 j' _● 具有“软启动、OCP、SCP、OTP、OVP 自动恢复等保护功能；
0 @6 V t! p- B$ d8 A● 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。
& N8 c7 ~# \. J- e: \● 能效满足DOE Ⅵ 和CoC V5_T2 要求8 k/ A1 l4 X! N/ @
- c; J$ M. w3 F( f; q2 h1 k; m基本应用
$ n0 f- l9 d, l- `% C* m
% h% m' t& E! L3 ~ W, t, t. |1 |● 电源适配器9 }+ c6 q# @9 k. L- l3 ~# Y
● 开放式电源
0 e, Q5 _ n8 i& x4 Z v% v● 数码相机和摄像机电源' l! j1 c% O6 l) l0 ]
● 电脑和服务器辅助电源
- ^2 R& Q; @3 y9 c7 S7 K● 机顶盒电源# K2 V- B2 y5 n1 x9 d
● 掌上电脑电源
$ D5 d! c1 f8 N& t7 o# N$ G
1 D' V x- ] s1 e$ V引脚分布. h. k/ u1 i) x K. }6 V d5 v
L3 i$ \' \3 i; |% ?4 f3 I! }/ Q+ `" W3 v' }) e
引脚描述
& ~9 E+ @* h+ A( F8 o) g/ l2 a+ ^, @2 D2 u+ b" h: U
; r1 L! O6 B2 y* A2 t3 W- m
典型应用/ t2 U/ R- v) h, x
' a* W( u7 L" F6 b! {! |
3 m8 K% d v m; v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。
J9 k$ w* h. G- Q* g
" n" r, v! i+ v/ 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。
( u* u9 f- O% {8 @9 b
, q" A- O8 P* w, |3 U/ ?0 Y# b" t0 o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。
! \$ R0 b# @* ]7 ]1 `" u$ B6 p( ?% f9 K& M# a6 v
02、样机特性
& {% g$ @, x. u# L5 s* v" h U0 W. e4 V" \# @3 l
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 s% S' p K q/ G5 o: s
! x+ z) `0 X. j! V2.1、输入特性：
3 a4 c4 O4 p1 {. c. @
5 ?- K4 D* l/ x
% d+ P2 K2 x8 S8 C; T
2.2、输出特性(PCB END)：0 g* u* m, w J! S
- ?0 H( y% t3 f* U% s/ @2.3、整机参数：
$ d n# P. ]& I; f$ e
& X1 d9 M- v$ t3 b. p7 D2 J
2.4、保护功能测试：
% f) y. p$ w" E) I
1 }: i# G0 L- `! d, b4 x2.5、工作环境：
" B( }' p3 R. a. g" N: u5 u6 {
6 K4 W2 e7 t0 e9 F" M
2.6 测试仪器：
$ B8 _3 S1 z8 r0 [, B2 K03、样机结构信息5 Y5 j" u8 O7 a! ~( F
" P9 B6 L. p# G8 C9 @+ p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。1 |; U6 J ]/ L7 Q3 O
' I+ l& _5 o) k' E0 ], F6 f3.1、电路原理图及BOM：" U# C: @7 Q7 p8 b& H; s6 M2 z6 w
" y3 p0 s5 ?# M0 i
3.1.1 原理图：
0 D. K$ f. r, Q9 i( g% e; y% z
4 ^2 _4 d1 ^4 u5 ?. a" x3.1.2、元器件清单：9 [9 C- B1 F5 R
* X& B8 ^! B# S; c
$ G! s/ M5 Y' Q L0 [3.1.3、PCB 布局&布线：6 w: F: |2 |- P6 w! d
( T3 P b1 L- y+ Z2 _+ q% r" z2 [
PCB 顶层布局 ' ?, U& N, G, Z) n# V
PCB 底层布局
1 K7 ^2 G9 K/ p% n# A3 ?7 s& }PCB 底层布线
, Q; @' {# e) L2 s+ I) j/ F/ B3.2、变压器绕制工艺：' S2 m6 r( I, k5 n0 a; I1 r
0 C% p0 n, E X7 T$ x G
3.2.1、电路示意图：8 n: h3 F5 c" ^- K! V
1 M' q% l! Y0 A) Z) R3 m
, e8 q& ` V, Y$ ]2 O, @- N) A3.2.2、规格参数：' } A* A# s/ D2 O; ^! y
: h* n5 G2 |: Z. K) a0 Y- z9 c/ \% j1）骨架：EE19W 磁芯加厚立式（5+5PIN）,Ae＝46mm²；
* N. C$ {; k1 d% P* S2）材质：TDK PC40 或同等材质；
3 Q7 j5 J* Q1 u$ v$ X3）N1、N2: 2UEW 漆包线；N3: 三层绝缘线；
& n5 l. l: X' N: n, p4）次级绕组从变压器顶端进出线，磁芯接地" q) A( x( {2 [8 I* ~
5）绝缘胶带:3M900 或同等材质；" f5 R9 T* F& }! K$ X* e
6）初级绕组感量Lp：1.8mH±5%（测试条件：0.3V，10kHz）；) h' ~: ?3 ^& K& c, C
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）)；+ q9 \5 U: o2 K1 P G1 l7 o g
8）耐压测试= 3.3KV 5mA 1Min；
/ E# h' V1 W4 n0 q9）成品要求:浸凡立水；
) o# X" o8 Y( `3 n2 u. P. Q* ^8 v7 g: F' A
3.2.3、变压器参数:
C* [+ K6 M/ A3 v& t3.2.4、变压器结构图：2 p7 B, G' ^, h7 K, @/ A
4 [/ a }. _9 z
) e) w3 b0 D* h% {0 t1 Z) l _- ?
04、性能测评
9 {4 t+ N7 k; `! M' n. ~# m& O9 ^5 |; W! \% H3 F0 ~
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。9 Q% ?8 g, g1 F: D5 }
' ?6 j6 }0 j0 G) U7 z- J4.1、输入特性：6 c' W6 m: Q h+ E8 i5 n L
$ n1 \- T$ x% N! o6 T5 }* l, J- }
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。* G; [+ v, j S+ Y( I
" N7 f7 Y5 @* D5 E/ D, v; d表1 待机功耗
8 e+ L' l* X1 E. M, y: t
' X9 Y/ q) X. L# ~1 }' C0 s+ Z4 ~9 G6 Y
表2 输出100%负载下的输入特性
; ^( n6 l( o3 @
4 G4 S. {! E( O8 M% R% _
8 k* f1 \, X7 w/ c C8 g$ _$ G$ b表3 效率测试（1.5M 22AWG Cable）
9 d! ], C" J5 \. [' S v* A3 E; C3 b8 ]# i8 L* L- K
7 @6 G( c2 q9 f, `表4 效率测试（PCB END）
0 Y4 A# \3 V! }. P1 ]9 v. N
7 U% c+ y+ v+ t7 B0 a3 n0 e8 c
5 P" C. s7 Z/ p表5 能效等级评估（1.5M 22AWG Cable）
7 m% \% o$ ]# ^- o& x- x. y1 |$ C. z# l( b/ A; N" C
+ t0 a3 g* ^9 Y. a4.2、输出特性：' L" o0 s/ N! W1 N, r# T4 w$ S
1 s5 t A7 u: @( A7 P6 l: L" U# F1 m, h4.2.1 线性调整率和负载调整率: （ PCB END ）9 m, t- b. F% D) X1 H/ @
7 m6 K, M6 D0 p' s
# R9 n: L0 e5 _/ m5 |3 v
, P: M4 Z; [% w$ ^4.2.2、输出电压纹波：' v6 }* v3 U9 \! j
( }* Q( x' d0 L) H2 ?
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。
/ `5 ~ m7 M0 P; o, |+ f5 U
- [8 P$ R2 x" s G# | t3 s- {2 g
R&N @ AC90V/60Hz,No Load $ ^8 d* Q+ j6 h8 e
R&N @ AC90V/60Hz,100% Load
5 d4 I& S' {7 |
R&N @ AC264V/60Hz,No Load " U- q S2 Y9 m. K5 g
R&N @ AC264V/60Hz,100% Load # F7 b! [, r' u1 l
4.3、保护功能：
. Z$ E( u& q% x1 M+ Q& c5 x x8 k8 M' R9 l0 s+ q v) i2 a
以下涉及过流保护、短路保护的测试。* E" G3 ]' M* _5 s- J$ E3 f) E5 ?7 j
9 S3 N2 d; b" ]5 b8 w* S* \4.3.1、过流保护：
! f6 O! _6 U# y) I3 A% e
2 f5 `5 S7 y0 S! S( f# J d. q2 ~4.3.2、短路保护：2 ^8 k7 u+ k; ]. [" R* Y b9 M: p4 M
5 o' s( Z$ g- k5 C+ V& j功率计电流量程2.5A,开启平均值模式测量。4 w# T5 J9 X5 |. Q! w M! q
1 \- p7 Q# q( K8 Q' M( F# v
4.4、系统温升测试
* e, k+ F9 ]0 w9 h7 I- }* {, v# N3 S9 K3 V3 D
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。4 t( \: W- X9 \( T2 k$ W: U
. k. r& A. K$ ~* o: m/ e( `6 X! Y* ]
测试样机及配套外壳
7 a4 t8 P/ W" @% s: }0 L- ?% r& P# Q; A( M0 |" E) @' G
1 @. R9 s5 x- F+ U3 l
4.5、动态测试：
; _# }$ @' `( e3 ?
. ?1 R$ g. M M! q) |输出动态负载电流设置为1.5A 持续5ms/10ms，然后为0A 持续5ms/10ms 并持续循环，上升/下降设置为3A/us。(1.5M 22AWG Cable)
% [$ t- B# ] i! Q# @
; i N/ i, p8 v" @/ ?
AC90V 5ms : E, N) ]' @: w3 \2 e
AC90V 10ms
# j5 n. \) e8 V/ o, Q
AC264V 5ms
% g' i6 B- u* E5 a% u1 g! c
AC264V 10ms
: B( q1 v% U6 [4.6、系统延时时间测试：- k$ [0 g. \8 Q- P% a
' B" r* Z" U) j
TON_DELAY @ AC100V，100% Load
9 j. H6 v* _4 g; B
TON_DELAY @ AC240V，100% Load
' m1 [! I Q/ H
THOLD_UP @ AC100V，100% Load
$ h4 I) _( M: r" S
THOLD_UP @ AC240V，100% Load
0 ~! h, H4 J5 X0 l1 g4.7、其它重要波形测试：1 v' I1 u7 {4 x+ M
/ ~% z9 y* ~/ g9 z& N2 r
DRAIN（蓝色）端、CS（红色）端波形图：
1 }& a! c7 u9 R7 Y' B' m
5 c; l! v& @1 L3 N2 T5 H$ B" n
AC90/60Hz，100% load : } }- ^- C0 v: z# X
AC115/60Hz，100% load
3 N- p t7 k# ^; k0 U" i) `
AC230/50Hz，100% Load
! H) V/ i o i$ J Z
AC264/50Hz，100% load , V7 Z5 T' V7 n8 _
其他波形测试
2 `1 h: d" w) X. I9 {5 B6 z" M+ k! z+ V
AC264/50Hz，100% load 输出肖特基电压
/ D" z7 V$ F. n* ?" [* p+ Z
AC264/50Hz，输出短路，VDS VCS 波形 ! b7 h$ U S. Q5 M a- j
05、EMI 评估测试测试条件：( n4 d7 q" F% g# }) x9 X8 `8 d
0 `$ Z+ I0 y# j4 g9 O输入：AC115V-60HZ/230V-50Hz；4 }* k# ^+ S, }% N' R
输出负载50W 8Ω大功率电阻；
# U, Z6 |- a% K' q限值标准参考：EN55013、EN55022B。（辐射测试结果仅供参考）
; u" ]& {' Y2 V0 M
5 g% G4 c4 `/ h/ o9 x# G
AC115V/60Hz 传导L 相
' z' @ }/ ^& m/ F a, ?6 g) x! f& \
AC115V/60Hz 传导N 相
. \- O7 ?0 Z; t& v \- k+ t4 r
AC230V/50Hz 传导L 相 . [- n" ~: I" d l3 U/ O# \, j
AC230V/50Hz 传导N 相 ) _/ c+ O( b Q/ a
AC115V/60Hz 辐射测试 9 E0 I! s1 z3 ]; `
AC230V/50Hz 辐射测试 |
IP卡
狗仔卡
发表于 2022-5-13 09:46:35
提升卡
置顶卡
沉默卡
喧嚣卡
变色卡
显身卡