本帖最后由 思睿达小妹妹 于 2022-5-13 10:06 编辑 / Z5 F) V/ ~+ l
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本文，我们将介绍的是CR5249_18W 电源适配器解决方案。2 P$ T3 W1 Y* b7 J- C
+ w7 y; D/ t; r( X01、样机介绍& X& x2 B7 [0 E; p, Q+ u+ {- G, }) a
. K! ?# t" q- l1 R
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。
3 G0 _: |0 Z) L* O1 N" |
2 M D1 s P; e1 O
CR5249_12V1.5A 工程样机示意图
* Z N& b- b0 F- k1 C+ N7 iCR5249
% t( {8 T/ e7 k' u2 V) ?- I% D, l" ~" K. r0 H Y2 [
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。
6 C; @0 q7 X3 p; w. [6 T8 g% K
' ?% X/ m8 L& S" U- U$ T5 j5 }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。
' e4 Y& k- G: O$ v
# _6 ~* b+ ~; M. sCR5249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。* d: c7 U* |' K. d
+ B; ] J# R7 r7 C3 K3 j. L7 j* ]
芯片特性; s8 t5 k( \1 o4 B
9 x- q5 O: u' i% g4 u● CR5249 是DIP8 封装的新型反激功率开关' r* u/ H: R6 B
● 内置软启动，减小MOSFET 的应力，内置斜坡补偿电路；
" @2 t# |; t0 ?( ~, a' K● 65kHz 开关频率，具有频率抖动功能，使其具有良好的EMI 特性；
0 f8 U: ]; n9 a2 a● 264VAC 输入待机功耗:<75mW； I1 ^1 Q& I& \1 y+ A+ m
● 具有“软启动、OCP、SCP、OTP、OVP 自动恢复等保护功能；& \8 `; I5 v' o+ z { B2 r0 {8 P
● 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。
8 w" D G7 R$ F% y, K● 能效满足DOE Ⅵ 和CoC V5_T2 要求
* `0 | Y5 K, [
D2 a6 ~% R) X8 o; P" O7 N i基本应用3 {0 u. ]/ ^9 d
4 p+ b! R% T! T3 ?6 ?& a
● 电源适配器% z: `7 H9 S2 [! Q9 I
● 开放式电源5 d' A% \1 H# x
● 数码相机和摄像机电源
+ L$ J. r8 ?0 A4 {8 n0 E# F● 电脑和服务器辅助电源
$ f5 @1 @2 b Z0 | u9 i. e' l" J● 机顶盒电源7 }! j; T8 a0 F) e
● 掌上电脑电源
) R4 h+ l( {( y# i# b: y5 H; w2 I, B6 K( Q6 o% c7 [; }
引脚分布% W+ c! T( ^2 g& G! }
8 C; ^+ a& R% x
& j( E. e# I! p% P$ K. l. s- C; [$ O引脚描述
( ^4 w9 U R& ~( A6 i$ ^/ [
$ u2 T( y* v2 _; u7 x; w ~) u* f$ H8 N
典型应用0 k3 ` a" B8 o0 H f5 o. E: @* `
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, u% f& }2 b2 m; J z4 t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。+ G1 D/ o8 [9 l# p, v
& i9 Z7 ^9 W) T1 m. u' ~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。& {) T+ r: O$ _; I9 {$ M7 ]
. C+ {/ R9 Z% C- n3 u% K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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1 T5 m. \; D6 ]9 p02、样机特性
# w: k4 e$ m' b' }7 s
" L3 X3 t( k4 Q# Z, J- v7 W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。
1 u2 j5 }* Q- l& @0 @9 U5 }3 F$ O- p% H+ N- ?0 @
2.1、输入特性：3 o4 e2 i1 R' S2 N8 i7 h) A
# a# k% ^, i1 L
% d1 B: D8 X3 l2.2、输出特性(PCB END)：
# L H) E4 _& }) l( a' L1 `
5 c( u' C" S2 Y6 h/ @3 V& i2.3、整机参数：$ ^* A# Z1 h# ]2 A3 q
6 _- `. ]) t1 r9 F* t s% p. S
2.4、保护功能测试：0 A3 q1 u: X" L
3 t) F+ v4 w$ N+ A8 ]2 ]
2.5、工作环境：7 b8 k3 J f1 w; V
7 i0 `% G2 C! B) y8 ]; c5 r2.6 测试仪器：
2 T; @9 Q+ x& \03、样机结构信息
; |1 ]7 n/ y# }/ R* P3 N/ O- J% o7 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。) q) C5 b: |6 \3 R7 {" ^
* k: L. |2 o3 d. [8 F3.1、电路原理图及BOM：$ A P- K1 {! Q( d* b
& {' |; {5 m/ X5 w3.1.1 原理图：
* G D& y/ ^; E" ?: V. ~# `; I: Q; @0 w( L4 z
3.1.2、元器件清单：
% l# ?' @ Y! T1 T4 d9 ~
1 v8 z, @& U: b4 X) ^% _' Q8 D' f
3.1.3、PCB 布局&布线：
9 W# D2 x' e5 z$ E% l$ @
+ _( L( A- V$ B5 O s: \
PCB 顶层布局 9 X- o2 q& R; t4 K' B& j' Y- }
PCB 底层布局
! @7 p% _& W; A" u/ O9 l9 g& g& DPCB 底层布线 3 l, E$ m! b( g" D8 G
3.2、变压器绕制工艺：& [! N! e8 K7 L; y& S% G/ g1 e
3 p: L4 t8 ] ?) M
3.2.1、电路示意图：
- Z" T. s3 Z5 E. P3 M3 h- {, j% T8 z2 f, N1 u( v
' {" r& V6 o# n/ {3.2.2、规格参数：8 H8 }$ N* c& d
* v% m( S" ?3 z1）骨架：EE19W 磁芯加厚立式（5+5PIN）,Ae＝46mm²；
1 o% e4 y( G E m. ]2）材质：TDK PC40 或同等材质；
& M9 d5 T) h% ]1 O- \1 v4 [0 W3）N1、N2: 2UEW 漆包线；N3: 三层绝缘线；: N5 C; c- s9 U( i) k
4）次级绕组从变压器顶端进出线，磁芯接地
5 k! e. \4 S; z0 {3 a/ e5）绝缘胶带:3M900 或同等材质；
' M7 ?' ^' s9 @( `. z" b6）初级绕组感量Lp：1.8mH±5%（测试条件：0.3V，10kHz）；
4 p. q _$ a# `9 N7）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）)；
' N+ w; Y9 A+ K& m4 {( g. r5 h8）耐压测试= 3.3KV 5mA 1Min；8 y* z+ v5 Q3 Y; N: {6 s
9）成品要求:浸凡立水；, n' j$ L3 L9 c( }/ @/ S, k: ]
1 r: I5 ]& d R& Z1 s* t; d9 x9 q1 I9 P
3.2.3、变压器参数:
1 m. b1 @$ A1 z1 j. W3 ~3.2.4、变压器结构图：
# h, T3 }( D5 |$ W9 ?& R
( I# n4 U& z0 v% W7 R+ B) o6 Q3 y2 i: ~3 U0 K& }
04、性能测评
" c$ t) h. X0 U+ w8 }
! f8 T& ^: D' }. M" \; E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。
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. w& d x, e& B% E7 a4.1、输入特性：
4 w7 B* `( L) n9 ?7 ]! m
0 P( ^5 s1 A i( Y, W5 \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。9 }$ j4 s2 |# q$ Q: y
" L" e6 ~0 c' |表1 待机功耗7 ^# C/ G y- Y# p2 m+ {
; W2 b2 y5 ], F7 |( A4 {. Z2 a' Z7 Q& ^! l
表2 输出100%负载下的输入特性3 J' j# Y8 ~: s" _2 I' i
+ |# Z' p$ o5 v. p# ]+ n4 s
# v3 I+ ]: S; @/ \表3 效率测试（1.5M 22AWG Cable）/ L6 g! p: J( t& `. Y: q
5 x* ~8 ~$ E: W! |, I, o0 i# D' F8 {2 V, S u% r9 @. x
表4 效率测试（PCB END）
! e) A+ r7 W& ?4 {% f- u$ t9 B, } t1 H1 B5 q: {: ^+ s
3 M( N/ U/ e4 S* \% N, P @' g
表5 能效等级评估（1.5M 22AWG Cable）" H" a. Z5 T2 t! _; g
- q% K6 o+ ^& f! v1 D( H4 ?. z
( k9 y8 t1 ~! i; ^
4.2、输出特性：
: h) X3 Q, ^& ]8 D
8 k9 V" T% `3 X4.2.1 线性调整率和负载调整率: （ PCB END ）
2 I% X& h- |) G0 M* I* i2 A; P* h" ^
3 w: C$ T8 d% W2 w
5 k! W- j2 F5 v4.2.2、输出电压纹波：
5 f& D `* f4 |9 D/ q$ g% N0 q" K3 Z
7 N1 x2 n# |4 V# S; G4 r1 ^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。
+ g! H. u2 h' a. K8 g/ H% J; M
4 R7 t* u0 C4 ?4 G) x. D
7 J2 }& |! M( f# N/ V8 D
R&N @ AC90V/60Hz,No Load ' v" Q. K; Z. d9 s
R&N @ AC90V/60Hz,100% Load
3 \6 _$ c( E+ R p. b
R&N @ AC264V/60Hz,No Load
4 K- i3 p8 {. z1 H2 g
R&N @ AC264V/60Hz,100% Load + m2 n2 Z& ~; ]- [; B
4.3、保护功能：' l1 c* [+ N8 U2 w
# D! b8 \4 {2 b1 N5 T# E. U4 z以下涉及过流保护、短路保护的测试。
: e- M* K$ e8 |5 p
& T9 p# o" C* y a4.3.1、过流保护：
2 h9 ^/ }3 z+ E3 u$ j( f4 |! A; r ^
4.3.2、短路保护：
2 k: V6 q( S/ H: X B- N3 z
4 w0 K3 _( A& N( m, m$ [; L功率计电流量程2.5A,开启平均值模式测量。
/ T9 D+ f, p& `; @
) W0 b( f& H; h+ L# j' W4.4、系统温升测试
! O$ z/ {' e5 |0 q. L
$ `, k4 f9 }- Y' o9 v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。
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测试样机及配套外壳
: ^2 i! W& |1 m" T: w) I0 \; C( R
1 p) o# h" r4 e" X1 p
4.5、动态测试：% u' m! }0 W$ O7 T I `# Z
8 p* Y) v/ w; v1 Q' X
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)0 Z4 G. F2 C- P. Y& z
1 d' u7 G7 o9 M8 X; z
AC90V 5ms
- D7 M: ?! b5 N& I# [
AC90V 10ms
" ` [8 V3 O% g$ x- z( M0 x- z
AC264V 5ms
0 h% y! C8 W* w6 b3 S" W
AC264V 10ms ' o, Y0 R6 }8 |0 d* _4 a
4.6、系统延时时间测试：
/ N3 q8 j3 [, R/ t0 K& b, ]
& w Y. ]1 R$ Y! `$ l9 ~% L
TON_DELAY @ AC100V，100% Load & ?9 ?6 m0 W3 C+ r& m
TON_DELAY @ AC240V，100% Load
* f$ n3 q) }/ B0 [8 l B5 I
THOLD_UP @ AC100V，100% Load : J. ]* y h# A7 ]4 ~) W
THOLD_UP @ AC240V，100% Load & O6 m7 l/ C C% v$ W: m0 \
4.7、其它重要波形测试：
, `7 W0 C1 f$ p) A* i0 z" u% U8 W0 [! c8 s( m1 w5 z
DRAIN（蓝色）端、CS（红色）端波形图：6 V; Y# u; I+ _' [( ?
: _7 K: v& _0 Z/ n5 B, f+ k
AC90/60Hz，100% load
' r m) ?4 Z, _: ]) U
AC115/60Hz，100% load ! x) R) K# J! P" H' b
AC230/50Hz，100% Load
' W7 ]4 K7 }+ ~/ l% H% K
AC264/50Hz，100% load ' Q: O2 _1 ~" W8 n% F& C# [
其他波形测试
0 e R2 w" W4 M9 k4 X+ T
- T4 f2 X' P- h* T! w* `7 R$ E! e
AC264/50Hz，100% load 输出肖特基电压
, t+ J- c# v E3 m1 F/ M
AC264/50Hz，输出短路，VDS VCS 波形 : ?, A( Y2 d) o0 A2 U, R
05、EMI 评估测试测试条件：3 y' O: Z) ?4 ?, J6 v* B
" \- x9 @' c+ i+ U1 O输入：AC115V-60HZ/230V-50Hz；2 O. b3 k/ j' m% L. C. f. K
输出负载50W 8Ω大功率电阻；
, r |2 @% G: ?) e3 Y限值标准参考：EN55013、EN55022B。（辐射测试结果仅供参考）
( c# D9 S% U! T$ w" q
; B( Z; F- x- K# ~3 Z$ {3 V
AC115V/60Hz 传导L 相
1 H2 B% H4 m* F; R% `3 _
AC115V/60Hz 传导N 相
" N1 t! l6 \8 Z2 i+ ?# d
AC230V/50Hz 传导L 相 , B1 R6 O9 ?4 A! f, R
AC230V/50Hz 传导N 相
9 o D/ C! k2 _* {! m. S
AC115V/60Hz 辐射测试 2 u; f: ?( D, [! s7 w
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