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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& k! ~' x2 H& m, g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

CR5249
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9 {5 }" G; _" s8 w1 L: d# eCR5249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。

" R; ]" }3 U6 h3 p3 m; M0 @2 gCR5249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
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● CR5249 是DIP8 封装的新型反激功率开关
2 n  {9 h: s; m6 h● 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；
9 D! |  _; z3 v/ \; D4 E$ `● 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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基本应用
3 |- G! L4 v! P; n* \1 H! H" H: }
' C* p9 `, N+ \% B" w● 电源适配器
7 p1 a/ ?' W4 M● 开放式电源
● 数码相机和摄像机电源
5 n  T  P& ~+ O0 Q● 电脑和服务器辅助电源
● 机顶盒电源
● 掌上电脑电源
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引脚分布

引脚描述

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. F+ [+ X( d  d% d0 F, R- x8 u" a典型应用
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- n1 J7 h% l7 D8 h1 A8 M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。

" N$ L/ O, J3 B# w+ I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。
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* N' S4 J! D5 e, E+ L; c2 m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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: P7 A1 E4 f, r# g; \, S02、样机特性
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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：
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, V1 r8 V" O3 {& o+ q' ?
/ q# I4 M! N, D; W2.2、输出特性(PCB END)：

: u# n' w- c" e! g8 Y9 k( L+ Q2.3、整机参数：
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2.4、保护功能测试：

8 }( W' Z6 X8 Z2.5、工作环境：
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- r  A0 H; Q! a( X2.6 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。
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1 m, W9 s  z; Z' E: H# s% P3.1、电路原理图及BOM：
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3.1.1 原理图：

- q. Y) w  S( D7 e, I! g4 q3.1.2、元器件清单：

- f" \0 @) T, o, _3.1.3、PCB 布局&布线：

PCB 顶层布局

PCB 底层布局

PCB 底层布线

/ A2 S+ P- e+ i9 n- s5 b3.2、变压器绕制工艺：
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3.2.1、电路示意图：

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3.2.2、规格参数：
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1）骨架：EE19W 磁芯加厚立式（5+5PIN）,Ae＝46mm²；
2）材质：TDK PC40 或同等材质；
( s; T  b- C3 I4 `/ P( N3）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；
6）初级绕组感量Lp：1.8mH±5%（测试条件：0.3V，10kHz）；
' {5 N- h, _* _. h6 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）)；
' I! N6 }( {- @" |8）耐压测试= 3.3KV 5mA 1Min；
& f# F  R; E7 M7 Y$ a* m* o8 A9）成品要求:浸凡立水；
" i# Y8 T$ B+ X& d, w+ q: D
" C2 @& C' E- p3.2.3、变压器参数:

3.2.4、变压器结构图：
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& I% J$ ~! q# G3 Y) X; }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。
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. W5 j& p8 l6 g7 S' @4.1、输入特性：

) X# L7 J* I. a: A; h4 \1 V7 }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。

0 r, d: ?' C3 T/ B  |! }% R表1 待机功耗

0 D4 c1 n+ J0 ^+ N1 r
表2 输出100%负载下的输入特性
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6 V. k9 O# ?: L$ I$ I
8 |) o6 Q' o$ X6 h9 F) `" H表3 效率测试（1.5M 22AWG Cable）
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! H# b  o! j% D' c0 B0 o1 v& F表4 效率测试（PCB END）
: J9 ]; R* U* P

6 t) l  |+ T& ~7 U4 o' G表5 能效等级评估（1.5M 22AWG Cable）
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4.2、输出特性：
+ L, [" V+ I! h' Q  q  w0 w
9 Z" \' j( |# q/ [% }4.2.1 线性调整率和负载调整率: （ PCB END ）
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4.2.2、输出电压纹波：

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。
0 R' G3 c5 z7 W5 U1 D
9 O, D& n& h' q; ^( }+ w: l

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

4 `! T- U) |8 X& l  s, z

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

R&N @ AC264V/60Hz,No Load

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

7 v6 U0 h; c5 _: a' r- Y4.3、保护功能：
9 ~. _+ G5 O! s! f, V
以下涉及过流保护、短路保护的测试。

4.3.1、过流保护：

4.3.2、短路保护：
1 b  C6 t# k! e
. e9 ?9 `( T) `. Z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
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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。

测试样机及配套外壳

; ]) k/ s- X, \' K7 D4.5、动态测试：
2 R+ E- k+ `1 u8 O( E3 g
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

AC90V 10ms

$ x/ l, S. x/ w0 m$ W

AC264V 5ms

AC264V 10ms

4.6、系统延时时间测试：
% E8 I/ H3 g- D. Q# X, u9 V

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

( u& S& S- F! q) f* P

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

4.7、其它重要波形测试：
( k* q7 j5 j" \; U+ m
DRAIN（蓝色）端、CS（红色）端波形图：

9 r" H! b4 ~& @- D- n, W

AC90/60Hz，100% load

' e% w- R" t' C5 P2 M$ E2 ~

AC115/60Hz，100% load

AC230/50Hz，100% Load

, h7 i: j2 X, }' s

AC264/50Hz，100% load

- |5 ]  {% e! q1 R6 r# x4 Y- K其他波形测试

AC264/50Hz，100% load 输出肖特基电压

/ I/ I9 n9 O7 {; [$ l

AC264/50Hz，输出短路，VDS VCS 波形

6 ?1 J3 |: D; b& Y3 z! l6 m05、EMI 评估测试测试条件：
) |- }6 ^1 D, y4 l- A* }9 T
输入：AC115V-60HZ/230V-50Hz；
/ |$ l" }' h8 R7 S输出负载50W 8Ω大功率电阻；
% r! [3 }& g, I$ _- B0 P限值标准参考：EN55013、EN55022B。（辐射测试结果仅供参考）

AC115V/60Hz 传导L 相

: k: G2 c& b; l7 A! y% C

AC115V/60Hz 传导N 相

AC230V/50Hz 传导L 相

  C; z% |( K3 O9 A

AC230V/50Hz 传导N 相

4 P" r! r" V" n+ y! Q. d- y' N

AC115V/60Hz 辐射测试

( K0 i' F) g. w' J! V* l/ u

AC230V/50Hz 辐射测试