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

: }2 B- ~. C7 _* o9 \& y8 s  }本文，我们将介绍的是CR5249_18W 电源适配器解决方案。
! S: j/ D6 b: O5 R9 i/ W( D
01、样机介绍
: e6 [9 t% X- D2 k  b
% U0 d, ]7 o9 b0 \1 ~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。

CR5249_12V1.5A 工程样机示意图

CR5249

; f( o! S' f1 R% ]3 gCR5249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。
2 S  a  Q9 \3 @
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。
& D7 J" `8 W5 `# R; c
芯片特性
: q  B+ B( u7 t
● CR5249 是DIP8 封装的新型反激功率开关
& Z7 w7 h: o: H( ?( ~! N9 I+ H● 内置软启动，减小MOSFET 的应力，内置斜坡补偿电路；
& P/ O0 H0 U! n' r● 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；
● 具有“软启动、OCP、SCP、OTP、OVP 自动恢复等保护功能；
# z& m5 F* Q. c6 z# Z% K' b● 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。
1 j* j- y  c4 G8 N. \8 n● 能效满足DOE Ⅵ 和CoC V5_T2 要求
* C! m1 @/ t: E. [: f) R8 _8 l
% G, g8 L0 N5 p/ ~4 U" G基本应用

● 电源适配器
; h8 n- x0 g$ ]* |5 z; d● 开放式电源
" G# `4 w3 z2 a5 [0 F! g● 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
0 ^: d) N0 K4 O& v% [4 v  r# ~

# F6 p' u" g, s8 \9 u引脚描述

8 ^" ^  o  J1 Q- Y# ^* d/ b典型应用

5 ]2 N1 E+ [0 P! R  ]) ?

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。
% t6 g: ~! l/ A* T$ M
' H; K; P( O% t) Y8 \3 s0 N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。

7 P( x7 Y' l& l8 n1 v. z2 c9 o# h02、样机特性
$ C- o  p% g9 O- h# i% z  ]
% \$ b4 q( h6 w$ O) G4 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。
$ N+ @% a) p8 N9 o, l# O+ H! s
2.1、输入特性：
/ y, o: |" F) T2 q* C) B+ a

2.2、输出特性(PCB END)：
! N5 F7 L7 }5 w' z

2.3、整机参数：

2.4、保护功能测试：
+ z% K4 z" N; Y

, V3 ^; J( q' q; ^- X2.5、工作环境：
6 q9 N( y. \) ?2 S

2.6 测试仪器：

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。

' k& @6 B* B2 O3 u# D; ?. d3.1、电路原理图及BOM：

8 L6 ~/ {+ ?0 U. J6 c) Z' G, R4 T) X. y3.1.1 原理图：

+ y" q8 R) ~. y: w3.1.2、元器件清单：

  ~2 _# @) h: u  p, `

8 @: k) d3 }$ [8 c" T3.1.3、PCB 布局&布线：

PCB 顶层布局

PCB 底层布局

PCB 底层布线

' O3 a$ b4 G$ O% W& @2 i7 c9 Q" t5 ^3.2、变压器绕制工艺：

3.2.1、电路示意图：
& \: R$ R3 m& p- W* c3 B

) Q. Q7 D% S; {% o  T3.2.2、规格参数：
6 g* }; h- \) Q) |% J# x1 m3 |
2 H# O3 K& O" a* P- f" H8 ~' y1）骨架：EE19W 磁芯加厚立式（5+5PIN）,Ae＝46mm²；
+ p+ O& E5 E; u4 g# l7 Y/ q2）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
9 @( [  s- q! C2 ]5）绝缘胶带:3M900 或同等材质；
5 {* q' E# j" ]* d4 O4 r6）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；
( @* `/ D) l: A4 y9）成品要求:浸凡立水；

3.2.3、变压器参数:

3.2.4、变压器结构图：

/ V: x1 R, M' }3 U+ ?3 {

04、性能测评
. Y9 w1 b+ G6 ?9 p
$ I2 q6 E; O8 q1 J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。
. O& v* \  z1 W/ P" S* h2 p
4.1、输入特性：
0 D# @2 d) _- P. F! n' j. }/ C
" Z3 n1 v9 n7 i# W) n4 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。
' y% x+ I) T4 U4 p# n* X
表1 待机功耗

表2 输出100%负载下的输入特性

表3 效率测试（1.5M 22AWG Cable）

: T) H1 U0 D- g; ?0 x! S
5 }9 G3 }) z8 G' y表4 效率测试（PCB END）

& U: }. {2 s# z7 O; z表5 能效等级评估（1.5M 22AWG Cable）
2 N7 l0 o8 U' d9 \+ _" y/ ?( G

0 T0 q6 k) v- `3 @! \4.2、输出特性：
, B- B& ~; o: G% V& \! t
5 J6 r$ V2 T, g7 ?3 l' @- X, X: n( _, H" g4.2.1 线性调整率和负载调整率: （ PCB END ）

0 n4 q2 L6 G0 C3 J- G' j6 v& B
/ |% R* M8 _$ R! C- n( Q2 F% x4.2.2、输出电压纹波：

! K9 p, d( t+ C+ ]" h7 ^9 O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。
+ I; _8 X9 B3 U! }+ `, P
6 \0 u4 s# t) ~+ ?7 D4 z9 @

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

+ j, Y; ~, @2 f' t1 J$ B; A% r

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

1 Z  k1 F9 u: ~1 B. X# [+ G2 g

R&N @ AC264V/60Hz,No Load

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

+ `& l- K& S% [9 @- \0 N4.3、保护功能：
9 [. q9 P  F0 g( I( s! L/ i& k; V
$ @6 q% c5 Q9 I" \以下涉及过流保护、短路保护的测试。
# [. {( U5 h0 S: w' x; _* V
% M" q2 A( f- ]8 e4.3.1、过流保护：
$ u' x/ U8 S  X

4.3.2、短路保护：
! H# F! e! |! Z
功率计电流量程2.5A,开启平均值模式测量。

  }8 x: d7 o; Y. f1 Z4.4、系统温升测试
3 u) q  g) v( Z# T
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。

( C6 O" D" K  R8 [* N. c

测试样机及配套外壳

" t- Q, {: c3 u( N; n4.5、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)
8 q" z$ W& b2 ^- [

AC90V 5ms

AC90V 10ms

AC264V 5ms

* Q$ {4 _, h7 ~& W9 ^

AC264V 10ms

4.6、系统延时时间测试：
8 s* Z5 k6 d2 U! i5 j) |  n0 n+ b) v
  A+ a, I& [  J: W' _8 K

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

  T. \* X+ Y9 |; g; S- v2 k

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

- R+ n2 Q/ I3 }7 w/ ]4.7、其它重要波形测试：
  d6 X: T: g/ e, b+ K# [
  Z/ _7 S5 Z, hDRAIN（蓝色）端、CS（红色）端波形图：

AC90/60Hz，100% load

; @4 [1 B  j4 \+ n8 E5 H

AC115/60Hz，100% load

AC230/50Hz，100% Load

- _9 F; u) a4 o  ~* ?

AC264/50Hz，100% load

其他波形测试
5 ?$ U1 Y' |4 s6 M

AC264/50Hz，100% load 输出肖特基电压

AC264/50Hz，输出短路，VDS VCS 波形

+ Y: J" w  X. G5 i- V) x5 D3 l05、EMI 评估测试测试条件：
. H, b1 z! Z  m7 S4 l" m9 E
输入：AC115V-60HZ/230V-50Hz；
输出负载50W 8Ω大功率电阻；
0 n+ l6 A; @' I4 F限值标准参考：EN55013、EN55022B。（辐射测试结果仅供参考）
- s, y. Z: T  P$ d& N

AC115V/60Hz 传导L 相

AC115V/60Hz 传导N 相

AC230V/50Hz 传导L 相

AC230V/50Hz 传导N 相

AC115V/60Hz 辐射测试

AC230V/50Hz 辐射测试