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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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

6 I3 d- Z) X) h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

  ~. @  b3 A! U6 @  s8 ?CR5249

4 O7 S8 a- W5 y# f* |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。

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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CR5249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。

1 Y( O2 }$ U( `, c# v; F芯片特性

) B, [& ]% _( p  H/ W● 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；
% U9 p, P3 j3 Y( D) j- O● 65kHz 开关频率，具有频率抖动功能，使其具有良好的EMI 特性；
5 n; b# Q7 `8 e● 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；
● 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。
● 能效满足DOE Ⅵ 和CoC V5_T2 要求
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3 t/ \+ ^& }3 I- h基本应用

$ E7 O/ N( i: z" O6 f● 电源适配器
  H5 v" f, g2 s' `+ v. |● 开放式电源
6 T8 ?* }3 {. o+ {● 数码相机和摄像机电源
3 K) p: E$ P3 q8 I6 V● 电脑和服务器辅助电源
● 机顶盒电源
) W& o: L) S# [: E) j● 掌上电脑电源

$ {; @7 m" ^. R# r引脚分布

引脚描述

! n: k; A" S7 |/ V1 V

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。

" j0 {6 c$ q# `* N  X( ?% K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。
& @4 t# I1 {1 Z! }% @
% Z! @  O; u& I( ?. p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

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：
0 c( k  R# c2 ~. V  J, B& O

4 C4 y( g9 @6 {- I
) `( {) k1 ?. _( U: i' T3 Q2.2、输出特性(PCB END)：

: E0 o& W7 z' [" h3 v0 j2.3、整机参数：
4 [+ C/ l! z  s

. ^: w) M6 `4 V3 o2.4、保护功能测试：

0 D1 t0 e* X% T" `' l2.5、工作环境：

2.6 测试仪器：

03、样机结构信息
" t7 b& n3 f3 Y& D. T: {
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。
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3.1、电路原理图及BOM：

3.1.1 原理图：
4 D: U+ n/ H' o: k6 x& J

: k. L- ~% W$ E$ l" H& b! M3.1.2、元器件清单：
6 E/ g% U, G. j7 {% q7 V+ }' m

8 U, c: Y( W. G: c4 b% P% O; x3.1.3、PCB 布局&布线：
9 {  Y, b- j* Z

PCB 顶层布局

, j& H& ~" t: O; Y& `. M, y+ d

PCB 底层布局

PCB 底层布线

3.2、变压器绕制工艺：

5 T8 U) ?! E; Z3 h8 m3.2.1、电路示意图：
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, p) I# Q, ^  T; v2 t3 j3.2.2、规格参数：

6 B5 E9 T  u8 G8 |1）骨架：EE19W 磁芯加厚立式（5+5PIN）,Ae＝46mm²；
2）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；
0 ~% B9 m7 b" ~! j8 V# T6）初级绕组感量Lp：1.8mH±5%（测试条件：0.3V，10kHz）；
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）)；
8）耐压测试= 3.3KV 5mA 1Min；
9）成品要求:浸凡立水；
5 {' ]+ \- A- x7 [% a- C  {
5 \/ ^, F, U& Y* I7 i& N+ B' S* l3.2.3、变压器参数:
; a4 D  d% ?- v2 b8 v5 b

3.2.4、变压器结构图：
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4 p  m, ~" c. O; V& o5 J04、性能测评
0 C- G9 j) j! G& d# y" L
. Z  o" C4 i5 e% ]9 j, ~3 @- G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。
6 t2 O# O' U5 Z2 C
4 m/ d5 |1 y: h, D$ X2 f2 `6 [7 \/ b4.1、输入特性：

/ ?1 I) T5 {& O9 \2 W1 J$ a0 T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。
$ B/ t, ?) Y2 h7 R* {* L) z0 b7 N: E# r
表1 待机功耗

表2 输出100%负载下的输入特性
2 T; K3 l9 u" f

7 @, a% n+ T0 e" U1 K  R5 ~6 A$ X
$ {3 {; l# \( D5 j! \表3 效率测试（1.5M 22AWG Cable）
) ^& \; E3 @0 V+ x

3 @% `+ K' j! i2 f8 n9 m  d4 T6 K表4 效率测试（PCB END）

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表5 能效等级评估（1.5M 22AWG Cable）

3 O& Q- q2 F( ?: n1 s4 Y
5 S7 _% b; ?  h& ~* ^3 @4.2、输出特性：
7 H+ L2 u. B9 {! r9 F
9 P: N, F: ]2 ^7 t; {* U# s1 ^4.2.1 线性调整率和负载调整率: （ PCB END ）

4 T* s- x& d: a8 {" y8 H2 W

/ m, a) Q" a* a) a. M7 k
4.2.2、输出电压纹波：

+ u0 [0 Y2 B2 C1 ^' |( X7 E( W' u! t- P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。
2 ]; x& x; b$ j7 I. ], o

8 r6 q* x% L! G; G

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

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

R&N @ AC264V/60Hz,No Load

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

4.3、保护功能：
9 B, T, F+ a, d) t
* H! A$ e& _8 F以下涉及过流保护、短路保护的测试。
" T7 E7 J; L2 L+ c1 G; N
4.3.1、过流保护：

4.3.2、短路保护：

9 o% k% e7 Z* j8 }; U5 d功率计电流量程2.5A,开启平均值模式测量。
$ d* ?# {+ L$ m

4.4、系统温升测试
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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。
8 K! f1 ]4 }; p# o% }7 \! v$ _

测试样机及配套外壳

0 C! n! {( o9 C2 Q; ?8 \1 u

$ M9 W3 ^- a# {  Y2 M# ?+ ^4.5、动态测试：

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)
- s( d9 Z; b, K0 ^

AC90V 5ms

5 k8 W. [# c+ R( S, {( D8 |

AC90V 10ms

AC264V 5ms

AC264V 10ms

! {; p' U( p+ o4 l4.6、系统延时时间测试：

, n4 |+ \& a: C4 M2 H

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

4 Y. R5 O! [' z) U7 k! X! T# C

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

4.7、其它重要波形测试：

DRAIN（蓝色）端、CS（红色）端波形图：
3 K$ e& K5 Q4 m
$ Q! ?" {! ^4 x0 T

AC90/60Hz，100% load

" G0 e6 @$ a1 e- o. v5 M, N- e

AC115/60Hz，100% load

AC230/50Hz，100% Load

" }0 o% M: E+ {) D  a3 \7 k* Z+ B5 _

AC264/50Hz，100% load

, U' p4 ~! p, l5 s其他波形测试
7 s7 C" z. F9 y. [- k

AC264/50Hz，100% load 输出肖特基电压

AC264/50Hz，输出短路，VDS VCS 波形

* }) E0 D( o4 ^9 `" u. k  `( c05、EMI 评估测试测试条件：

输入：AC115V-60HZ/230V-50Hz；
输出负载50W 8Ω大功率电阻；
( O9 i/ a$ [- g: I/ h限值标准参考：EN55013、EN55022B。（辐射测试结果仅供参考）

( J) [4 _+ n! Z4 S+ Y/ w

AC115V/60Hz 传导L 相

* i5 M  y8 q9 x, M' x3 _

AC115V/60Hz 传导N 相

3 U- L' Z4 g1 r/ S# K; \/ z! l: h

AC230V/50Hz 传导L 相

AC230V/50Hz 传导N 相

* {! U2 b# v  `$ M4 _) o! Q* v

AC115V/60Hz 辐射测试

( l" s1 [! v8 L& T2 F1 B

AC230V/50Hz 辐射测试