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

; x& T' k. r1 ?4 z, w本文，我们将介绍的是CR5249_18W 电源适配器解决方案。
: D& |1 T9 M( e
& o( c( s2 T  }1 v  E01、样机介绍
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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

; c! e% H- ^8 v/ b2 `" l4 s( ECR5249

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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0 A* s+ J! n+ u4 n: l% w9 R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。
" S! P4 ?9 S5 L
+ C, r$ _1 X! N3 R8 T; [( e' ACR5249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。

芯片特性
' t$ U/ |$ B8 o$ c" F
& Q- R0 [5 Q; y5 g! c2 ~● CR5249 是DIP8 封装的新型反激功率开关
% J9 a/ z9 t2 T' k5 q● 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；
4 W9 q$ ^$ n" ?; o% c9 ]' [# ]● 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；
1 q! {+ ~3 F. u, s2 T' C● 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。
; Z; i. k( F& g( q8 i; e) P, a● 能效满足DOE Ⅵ 和CoC V5_T2 要求
, X6 J& [5 X2 {# Q' E7 J
基本应用
0 b% K  M0 C( ^# m# N; e* p
, ]' n1 g/ \- W% s/ z; n9 L- M● 电源适配器
  j- t. ?# e* K( k: @● 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
5 T$ n4 z3 v* ~: {  X● 掌上电脑电源
& H' _8 Q* h% w, Z0 @2 ?
6 q, M- W7 F) p; q6 U2 `" Y( x" e引脚分布
" N  h! m6 y* `0 d. U- P
) ^* h7 m& y* n: I1 T- q% i1 G

: \* e% Q, S8 u  e引脚描述

! h# ?: n( @" U% p6 y  {( s

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。

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。

02、样机特性
, B. s5 g- v) r. l7 s
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 ]% y8 @" v. n6 Z' Z% T2.1、输入特性：

/ z, n  `) \3 n) B/ v
2 }9 Q/ A9 o! H$ A' O# }( ?2.2、输出特性(PCB END)：

# k8 I, O+ l" E7 _2.3、整机参数：
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2.4、保护功能测试：

# s- h6 T* t+ h1 q2.5、工作环境：

2.6 测试仪器：
$ f: ]: [( f' d$ ?

03、样机结构信息

2 D+ }" S" x4 P. L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。
  E9 Z" }4 n5 R( @  K! i+ M- q
3.1、电路原理图及BOM：
& \( d" B9 W0 C. D) U
3.1.1 原理图：

3.1.2、元器件清单：
5 @) V/ l+ {4 k! Y$ T& A* b5 c
! o7 P: A: a" B

* A" U) U9 d: b( f" C8 O3.1.3、PCB 布局&布线：
$ j  V. G. u4 x( D
( Q( ], Y1 G7 S( m/ ~* \

PCB 顶层布局

PCB 底层布局

PCB 底层布线

3.2、变压器绕制工艺：

: ^. t8 {: l: t, j* g& \3.2.1、电路示意图：
$ B. \! m) K# }+ E8 C: y: c4 U& y
. q7 R! B& j) A) v$ b* U8 D5 b

3.2.2、规格参数：
: b3 M5 K" F$ k2 G
- O8 n: o! G! l+ S7 _% G( a1）骨架：EE19W 磁芯加厚立式（5+5PIN）,Ae＝46mm²；
; u. L# n* j( W; m2）材质：TDK PC40 或同等材质；
6 c1 w" x2 a$ T, F5 W4 Q5 v; o3）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；
4 \' J, U" G  z4 Y) g/ s: ]/ ]6）初级绕组感量Lp：1.8mH±5%（测试条件：0.3V，10kHz）；
- d" q5 ?% {0 U: n8 e* x7）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）)；
% W  v3 S' {0 @* W+ s  L; D+ o8）耐压测试= 3.3KV 5mA 1Min；
" s) {$ w1 {5 F& f/ \9）成品要求:浸凡立水；

1 J9 C% ?( V, v4 l9 ~3.2.3、变压器参数:

3.2.4、变压器结构图：

04、性能测评
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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：
6 g: L, {# P; @7 ^, g2 d" x/ k- ~" X
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。
" y! K' E$ {1 h5 |6 h8 ]/ P: ~( k
表1 待机功耗

1 U- y4 K; W% L/ }" F表2 输出100%负载下的输入特性
# a& j' g/ w% y% r" W1 y

! b6 Y7 j1 J8 h& R表3 效率测试（1.5M 22AWG Cable）

表4 效率测试（PCB END）
; H4 w  e" g& H: C3 {0 \0 G

表5 能效等级评估（1.5M 22AWG Cable）

! I: |3 x, ~: ^$ M* I+ \4.2、输出特性：
6 H* Y# i, p6 B7 F
, V" Q7 y- Y: V; [$ m0 N4.2.1 线性调整率和负载调整率: （ PCB END ）

3 x, h; r0 T/ _+ P+ X

' r. |% K+ K# s0 c4.2.2、输出电压纹波：
/ Y( h) N; i9 o' 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。

7 a5 ]+ f3 f5 U  p: D

0 E6 P, o, A3 S6 Z8 h) N5 O4 e+ u

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

  i& U1 l; e+ C7 }

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

& P, F" w; _$ A" H/ u

R&N @ AC264V/60Hz,No Load

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

4.3、保护功能：
6 I6 a3 s4 o, `) i, R- g
以下涉及过流保护、短路保护的测试。
  f1 _& p4 Q! \8 }* Q
4.3.1、过流保护：

4 Y4 J/ D" V( M4.3.2、短路保护：

) b$ w8 Q$ h5 P2 ~& V功率计电流量程2.5A,开启平均值模式测量。

4.4、系统温升测试
9 `8 K4 C7 s- ^. G
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。

0 i# F! [( I" x7 Y, T( w

测试样机及配套外壳

3 J) T7 V7 y2 [

4.5、动态测试：

$ D, L- \* \3 S  t6 g6 W8 d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)
) z$ _6 c6 }! Y' Q/ z) B

AC90V 5ms

' g' a6 U# ?0 ~$ z* F2 X

AC90V 10ms

AC264V 5ms

) t& K0 Y/ v% X, P7 A) |. `1 d

AC264V 10ms

4.6、系统延时时间测试：

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

6 f8 J3 i' P: e% z$ [4 I

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

/ Q" r/ I" B9 c% B4.7、其它重要波形测试：

7 j8 I& l' X% t1 J4 X* \DRAIN（蓝色）端、CS（红色）端波形图：
) d$ O7 j" A. ^* S& T& S+ P
+ o) H6 r, s! a8 ^. ?9 m

AC90/60Hz，100% load

AC115/60Hz，100% load

; v6 l7 r! ?3 Z4 I' o

AC230/50Hz，100% Load

AC264/50Hz，100% load

其他波形测试
+ J" V5 w: i8 O+ G: b
- l: j. e  L& E- X% b! r9 S( R

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：

  |0 F) C' E$ C  h9 Y输入：AC115V-60HZ/230V-50Hz；
输出负载50W 8Ω大功率电阻；
6 c  r. ], F5 c+ E7 c' Z; E1 Z限值标准参考：EN55013、EN55022B。（辐射测试结果仅供参考）

: `0 K% Q5 n2 h$ v) @# o! y5 R

AC115V/60Hz 传导L 相

AC115V/60Hz 传导N 相

AC230V/50Hz 传导L 相

2 O/ Q/ M% Z5 y

AC230V/50Hz 传导N 相

AC115V/60Hz 辐射测试

8 \- Q4 \: E6 N" |- |- }# M* x

AC230V/50Hz 辐射测试