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

8 I. Y. ]8 w+ ]7 e& l0 e
9 J) k( x2 E- y8 W! b6 V本文，我们将介绍的是CR5249_18W 电源适配器解决方案。

* p( _$ B8 l& ?3 O( b01、样机介绍
1 }. A' Q# R1 Z% @
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。

5 h5 v( c8 ]" H) ^* ~. x

CR5249_12V1.5A 工程样机示意图

: O2 |2 i' {- z$ Z, o- E: Z1 L/ tCR5249
# J! ~! x. l, S# F$ o. x5 I9 }6 z
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。
" N5 X# V6 ~) V' {" |. @
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。

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。

芯片特性
. K. A- i  B' w0 A; z0 S( i$ |3 I
● CR5249 是DIP8 封装的新型反激功率开关
$ f% t; e3 Y# A, T5 @( W- t3 f! ^● 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；
5 L" W+ D3 O1 j9 n! U● 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

' F) J8 S8 ]. U# ]1 i' N4 _基本应用

● 电源适配器
4 S% m! S5 f- ]9 a● 开放式电源
' F5 H6 C) x3 v/ ^$ n! _5 q● 数码相机和摄像机电源
* |& v9 S7 n* g& `+ _' G7 U. Q" l● 电脑和服务器辅助电源
● 机顶盒电源
0 t8 [- o: ]8 ^6 G' `● 掌上电脑电源

引脚分布
) ^3 Y1 t$ |( u: m0 A5 }1 d

/ k* D! c. i" z) p; w* ]) W3 y( t引脚描述

0 J8 J: S/ w: C( b! k, l1 A

5 Z: H7 Y* R# {2 \0 F典型应用

" `: y4 N' b% C0 L

$ \- {" t; _/ Y7 ~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。

" h4 [1 U/ \5 O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。

5 n1 l: V: K# i' K. g6 g02、样机特性
  H1 I2 h- ]3 _5 P8 q* L( Q
1 h; E0 t6 R4 j% U6 p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。
  V% W4 v( U. r" c  I
6 j3 |4 F' P' r+ q! \2.1、输入特性：

  V) @0 |3 w9 b# y6 X2 Y
) t# Y5 z) \+ X/ Z, v2.2、输出特性(PCB END)：
0 Q5 W7 j  x% X  {

: K$ b' B- X* P1 ]' Q2.3、整机参数：
6 I! \  o) e, X$ T

2.4、保护功能测试：

/ E" T7 y8 {. r* {) n. w6 f5 Z2.5、工作环境：
+ B- k9 a8 I, k- B3 N4 E

3 d4 J  `2 L. b. H. q2.6 测试仪器：
( M: ?9 R- o) H* B! y' e

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。

7 K# e- l# b6 A9 _2 Z! S3.1、电路原理图及BOM：

3.1.1 原理图：
  L; S  L- k: C5 V8 e- m/ U

7 ?5 }, w: S2 a2 d6 q+ E- E3.1.2、元器件清单：

% {5 H8 U2 ]( P) H

! n* j1 x$ R) h  `5 ?8 Q0 S  O. B3.1.3、PCB 布局&布线：
3 ?" V0 [  G* W2 `/ O
; X6 f# |  ~' t; J$ ^$ e( a

PCB 顶层布局

PCB 底层布局

PCB 底层布线

3.2、变压器绕制工艺：

3.2.1、电路示意图：

6 V5 k$ g) j# K6 b5 z; R0 r3.2.2、规格参数：
4 j6 X) v+ m% P( }: E
. _: G, R) y; b( ^4 d8 E1）骨架：EE19W 磁芯加厚立式（5+5PIN）,Ae＝46mm²；
5 D( G5 L; z9 E( l. D8 j2）材质：TDK PC40 或同等材质；
: E5 R: D# O2 H2 _( \2 w3）N1、N2: 2UEW 漆包线；N3: 三层绝缘线；
0 q, W4 c+ r" U4）次级绕组从变压器顶端进出线，磁芯接地
( t3 w8 p$ q9 @- P6 ]$ T* N6 \5）绝缘胶带:3M900 或同等材质；
; w0 g5 K  A* f6）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）)；
3 Z+ W$ V1 g) A8）耐压测试= 3.3KV 5mA 1Min；
* t( U1 ^, f7 d$ _9）成品要求:浸凡立水；

+ ?8 l* U! C$ l6 t- i' a3.2.3、变压器参数:

3.2.4、变压器结构图：
4 Q2 K, Y8 z" q/ {8 P" j

6 v5 e8 Z# j1 K04、性能测评

# w$ Q  z7 Z3 P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。

; a/ _$ j' U" F3 d% \  i4.1、输入特性：
! c. c' T3 r+ q
$ L/ H8 ?. y9 I7 e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。

表1 待机功耗

8 {/ j  J/ Q1 h" p  v! A
  h9 Y) M8 T5 \! O+ p! J表2 输出100%负载下的输入特性

" ^9 O8 Y$ W" K- ^0 {5 m表3 效率测试（1.5M 22AWG Cable）

/ ]: S. }) A/ c% g
% @% J; \# e+ F' w表4 效率测试（PCB END）
# s. e! x) K* t. j1 ~

表5 能效等级评估（1.5M 22AWG Cable）
# Y  {# y6 @' Q& g: u

5 r6 t) K$ ]( O
6 H, N/ v- Y& l/ [. e; ~4.2、输出特性：
& V7 n: C. C7 `2 [: j6 Y
4.2.1 线性调整率和负载调整率: （ PCB END ）
0 w" m" K& P$ N1 }+ n, B

6 X' V2 {' [' S6 ^( Z$ Z: w6 v
4.2.2、输出电压纹波：

: p, b  i: z/ e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。

# X8 h. ^7 e- }7 `, W; U' c+ ^+ \* S

2 o& U8 A( E  B# ]/ `" q  A9 z

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

1 V% m9 v( M" h# a# B9 X

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

: Y8 ~& \. ^6 z5 k; `

R&N @ AC264V/60Hz,No Load

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

. @; Q' x  P, x4 ]  Y( ?% p$ p4.3、保护功能：
2 J, d+ }2 |9 {7 c* [- P
2 h+ g& O: x/ p! w2 `" C) k以下涉及过流保护、短路保护的测试。
2 k+ ]+ y; k  e7 F! q* M
; a* e( Z3 M1 R3 T' W7 ~4.3.1、过流保护：
% I! J" o8 F7 ~* f7 {* E4 U

4.3.2、短路保护：

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

2 Y( B# _# k. q5 o6 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。
3 y1 U: I: c% ~! g* C3 q9 z, {

测试样机及配套外壳

) P8 I0 n/ }' n+ W+ d" P+ C1 n, V9 H

4.5、动态测试：
0 u9 p7 @) B# Z" q& V5 k! s3 E3 E2 ?
8 p& Z4 H5 y2 D/ r4 n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

AC264V 5ms

: v0 r% X; p0 C; o9 o& V

AC264V 10ms

# K4 O0 \. S- N8 n! ?4.6、系统延时时间测试：
8 r' N* d: ~3 i/ `' ~* t
  D! j) L. h5 C& h# E% n

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

+ r. Y2 h" h* K( l

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

4.7、其它重要波形测试：

( Y  O/ B0 U: @& Q+ G; aDRAIN（蓝色）端、CS（红色）端波形图：
( k/ P' V/ l# u" r1 B  }

AC90/60Hz，100% load

; `* X. U( k6 R5 G! b

AC115/60Hz，100% load

AC230/50Hz，100% Load

AC264/50Hz，100% load

6 E! }9 N8 b9 W2 F8 ~& _) a) ]其他波形测试
( i' X8 c7 x/ L) S
) c; [; u9 U  c' `

AC264/50Hz，100% load 输出肖特基电压

2 `: u" D. t6 R( k

AC264/50Hz，输出短路，VDS VCS 波形

05、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；
3 h4 t2 K: m8 q8 J- j4 R6 G/ O) Z限值标准参考：EN55013、EN55022B。（辐射测试结果仅供参考）
8 o' M* J  z* r$ P' ~) f# f; ]
+ x2 [3 A2 ]' r( y5 P! M; u8 P

AC115V/60Hz 传导L 相

0 U: \! y/ y5 D3 }& o

AC115V/60Hz 传导N 相

5 A6 P4 F" D8 N) w: _. w* K

AC230V/50Hz 传导L 相

' o7 Q0 h  g# Z7 @

AC230V/50Hz 传导N 相

AC115V/60Hz 辐射测试

AC230V/50Hz 辐射测试