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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) e& w$ F+ {7 T# g6 C本文，我们将介绍的是CR5249_18W 电源适配器解决方案。
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01、样机介绍

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

* ]2 B" _. T  _CR5249

$ O3 Y3 Q3 U& a$ SCR5249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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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。
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; |/ V% P; ~9 i: b% qCR5249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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芯片特性
( b/ O9 m$ V# ^
● CR5249 是DIP8 封装的新型反激功率开关
6 L/ ]6 z7 W0 Y, E● 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；
● 264VAC 输入待机功耗:<75mW；
+ t$ P* C- i' _/ J+ q7 A0 l, ^● 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。
. z8 L  V* M; r4 M2 x● 能效满足DOE Ⅵ 和CoC V5_T2 要求
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基本应用
; [1 J2 S" Q# i. O6 k
● 电源适配器
. f2 Y1 ]' {/ {+ r● 开放式电源
6 F) Y; Q1 b' Z● 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

引脚分布

引脚描述
3 B. E+ r( |# B2 F$ E# {

0 ?0 r% }5 A: \+ m0 X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。
, {' s; M5 z$ X: I
0 K' A9 ]9 f0 n8 f0 r4 z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。
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02、样机特性

6 b9 g" u: g4 L0 d" I: L5 Y" E4 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。
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2.1、输入特性：

2.2、输出特性(PCB END)：

2.3、整机参数：
$ C4 S, N4 p% [: p5 W! q' c

2.4、保护功能测试：
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2.5、工作环境：
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2.6 测试仪器：
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03、样机结构信息

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：

. Y' v) {$ f( ]. D3.1.2、元器件清单：

3.1.3、PCB 布局&布线：

% c( s) j4 {# X

PCB 顶层布局

PCB 底层布局

PCB 底层布线

3.2、变压器绕制工艺：
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8 V( m  ?% _6 Y  L' {5 a3.2.1、电路示意图：
6 S- o3 T: M5 Y
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3.2.2、规格参数：
2 s* }& u! Z/ {2 s" @2 `: I
1 w1 \! |! u- g, Q2 Y1）骨架：EE19W 磁芯加厚立式（5+5PIN）,Ae＝46mm²；
3 B  S* K8 @. ^2）材质：TDK PC40 或同等材质；
) l- l. b; w7 d! \9 W3）N1、N2: 2UEW 漆包线；N3: 三层绝缘线；
. s/ X7 ?3 w8 C; l4）次级绕组从变压器顶端进出线，磁芯接地
4 z" k1 _9 {- K# f4 K) I, j5）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）；
" \$ @. O  y' J2 I9 U! c7）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）)；
' D; N/ C) ^1 [8）耐压测试= 3.3KV 5mA 1Min；
9）成品要求:浸凡立水；
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- T( I. \$ b0 ~% T) X3.2.3、变压器参数:

3.2.4、变压器结构图：
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& a4 @) E3 y& g: Q04、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。
/ ^  W( E. N5 d4 e' k4 h$ h
; @2 R1 p# e" O( j$ U: b4.1、输入特性：
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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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表1 待机功耗

表2 输出100%负载下的输入特性
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9 P/ I3 Z+ A. M, b$ Y
& Q: O- z5 {8 B. V" r2 b0 [% {$ |表3 效率测试（1.5M 22AWG Cable）

+ b! L! y* N) c4 [, u表4 效率测试（PCB END）

表5 能效等级评估（1.5M 22AWG Cable）

8 Y3 G( x) ?: e8 a# z- s" Y8 j2 U7 i! Q
1 v% e6 Y4 |  e" ~6 O: J4.2、输出特性：
  c( I# O- E, G$ a2 n
4.2.1 线性调整率和负载调整率: （ PCB END ）
4 I5 L0 t2 l$ R2 t* G4 p

" r, P/ B2 c- u1 N8 _/ l
' I" _0 g4 f  F2 l4.2.2、输出电压纹波：
7 ^; |5 o* V: L+ }- g/ L0 C5 l
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

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

" ?3 j7 z, \0 p  u8 h# S6 V

R&N @ AC264V/60Hz,No Load

/ \3 G3 r) ]; e! r# F9 o) k

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

4.3、保护功能：

  d5 ^5 T: f" S9 m以下涉及过流保护、短路保护的测试。
2 g( O: n- _/ n
4.3.1、过流保护：
/ w) q0 @9 h$ A- L* J

6 A3 C5 h+ W7 `) v5 s) M4.3.2、短路保护：
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: f% X5 O1 n0 g: k' j6 o/ e% w功率计电流量程2.5A,开启平均值模式测量。
! ^* Z( g7 a# Y% t

/ r9 z6 A. M5 G+ `2 y4.4、系统温升测试
& K3 x* H2 e5 n# J# [
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。

) N# {, D6 C* }, ^

测试样机及配套外壳

7 O' x  z+ f' q. d* f% B1 [

4.5、动态测试：
8 ?. L" U2 z, }: ^( T
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)

AC90V 5ms

. r' G! a7 J5 }& O

AC90V 10ms

AC264V 5ms

AC264V 10ms

0 P# W: \# }( G9 ^1 y0 ^4 }4.6、系统延时时间测试：
$ j  L* R- R, Q, H/ o: }( Q7 m& E5 p
+ R% d) i0 {  k7 p7 G# o

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

# ]' T2 v& Q8 o& W7 L  O

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

$ c$ `0 H7 U3 ?2 C* b8 b- b8 a8 H0 p

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

) ]! c5 u7 U$ f) ]0 B

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

4.7、其它重要波形测试：
) `* a7 b) b  t, F( k( {4 ~% l
0 a: _9 Y* R2 z3 _6 W( |: TDRAIN（蓝色）端、CS（红色）端波形图：
( P5 s% N& n0 }' f% h. J
) v  h3 L& N, n$ p

AC90/60Hz，100% load

% [! R; e6 @7 ^: v

AC115/60Hz，100% load

; v5 c9 @, ?/ [& P( S" j. I

AC230/50Hz，100% Load

: i5 G( ]7 _5 ]2 p1 \* T# s2 ^8 a

AC264/50Hz，100% load

0 J; H: c4 V, G其他波形测试
( t: \# B6 k. ~& ]; x5 d/ V! x
. j0 I7 M: u$ N  O9 B5 q) C9 L

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；
4 ?, i" I& k/ r$ Q7 [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

( P4 a* `3 w8 I% l6 a. r

AC115V/60Hz 传导N 相

AC230V/50Hz 传导L 相

AC230V/50Hz 传导N 相

9 G2 o; q' l* q* R. A

AC115V/60Hz 辐射测试

AC230V/50Hz 辐射测试