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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+ b2 h1 W- B9 d7 v5 d9 p! W# l. r本文，我们将介绍的是CR5249_18W 电源适配器解决方案。

01、样机介绍
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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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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。
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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。
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! y/ B! H3 B! w; aCR5249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
- J; E7 E3 R7 n8 b● 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；
6 J- m* |" g4 x9 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

( ?8 G* V  a5 u3 ]) y1 [基本应用

+ u# W& X$ X0 [7 Y: x/ J8 U8 s( E( ]● 电源适配器
  D7 F9 w& f: \● 开放式电源
+ K1 N$ G( _8 b. \% I4 D6 |2 C9 W! ^● 数码相机和摄像机电源
0 Y* F4 w9 O1 W( T● 电脑和服务器辅助电源
● 机顶盒电源
9 x2 v6 n9 e3 l& |2 c● 掌上电脑电源

引脚分布
5 W- M6 [2 i5 j7 v) G/ \2 d
! O" q6 W8 I+ ?0 w3 E$ B  ]

引脚描述

6 o& r+ K% C+ e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。
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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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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。
, J& r- ^3 D. u5 c
7 c6 R' j+ C# v, ~$ k: Q02、样机特性
1 i) L  Q, s) e, ^) C9 d1 b
8 z# @$ z2 X+ l4 w% w9 k9 F  K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：
% _1 \0 \5 N- q$ O

6 d" b: K' @4 b% c7 j1 i
- q+ I: L3 [. V* q/ z0 T7 ]2.2、输出特性(PCB END)：
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2.3、整机参数：
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1 p: \5 P+ X0 z  I2 p2.4、保护功能测试：
6 w+ _' A7 S- K5 e. t* K# s

, p, j- [! ?0 P2.5、工作环境：

: f6 [/ `. C3 [/ F- z4 T2.6 测试仪器：

03、样机结构信息
  R# r) Y( i) J* b
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。

3.1、电路原理图及BOM：

3.1.1 原理图：
) q8 A9 I) N4 _# n2 D# H% o

3.1.2、元器件清单：
" e" H: o( U1 |
8 [5 Z  R0 e* b9 z& P

3.1.3、PCB 布局&布线：

PCB 顶层布局

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PCB 底层布局

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PCB 底层布线

3.2、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；
& Y. W% L. K( i$ |1 t- r9 J' `# u3）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）；
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；
" V: c6 C8 k5 m* m  H9）成品要求:浸凡立水；

& T* Y$ h2 o  C3.2.3、变压器参数:

3.2.4、变压器结构图：
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' y# D% V. o' S9 i

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。

2 i0 e( m+ j* ?! l# W( p. ]4.1、输入特性：
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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。
; D- d4 Q! S1 S% ]
表1 待机功耗

( l5 w4 U- D- I4 F: Y
表2 输出100%负载下的输入特性
: f$ e/ V; g7 L& D8 }8 C( m3 z- V. b

9 Q' I5 K' \5 Z& x
表3 效率测试（1.5M 22AWG Cable）
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- N* [8 _5 J9 I  P
表4 效率测试（PCB END）

* O/ Q+ ~) S0 K. K, t) f/ J表5 能效等级评估（1.5M 22AWG Cable）

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0 M1 c- p, K- n& V5 U7 _. C- M4.2、输出特性：
% H* }9 r/ ^+ H4 \  ]4 }& C
4.2.1 线性调整率和负载调整率: （ PCB END ）
' _5 U! \4 F, {$ P

) O/ ~: T, ]! b2 g
4.2.2、输出电压纹波：

, C. M1 Q5 H0 H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。

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

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

1 k. A3 e" [2 S$ ^( Z

R&N @ AC264V/60Hz,No Load

. G' o! P* Q: p# B

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

4.3、保护功能：

以下涉及过流保护、短路保护的测试。

4.3.1、过流保护：
7 O; C" k) `* w, o! ?, g

4.3.2、短路保护：
3 }9 n. Q8 s7 w; }/ G
功率计电流量程2.5A,开启平均值模式测量。
0 P0 [* V, U$ }" n4 ^* |' i% X3 p3 n

. ?8 C+ A9 ?" l7 h4.4、系统温升测试

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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  W. k1 q% o% X4 y9 v

测试样机及配套外壳

7 @; H% x) ?+ G6 T& \

4.5、动态测试：

/ \, A# D% s' {8 Z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)
. c" i% ^* C9 f3 Q
+ b: A0 Z, X( O: k6 g

AC90V 5ms

/ `% x/ z8 |# o- x; a$ p% m

AC90V 10ms

# z" ~0 j5 e$ d& a4 e; P6 W

AC264V 5ms

AC264V 10ms

4.6、系统延时时间测试：
+ H" C* k9 {% \4 _. y9 b8 N
" D. T. K" b: f8 b% p+ D

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

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：

/ F2 n1 J: l# X2 l, V2 e1 h" yDRAIN（蓝色）端、CS（红色）端波形图：
  A6 N- M; S: H
# A( ?# J7 z- ]8 ?; [" `

AC90/60Hz，100% load

0 o$ o5 S) h/ s3 k! {6 i

AC115/60Hz，100% load

AC230/50Hz，100% Load

" `) v% X/ d! ~* t8 ~+ a# U8 p

AC264/50Hz，100% load

其他波形测试

9 i+ h. n' X! a* ^: @' p; `

AC264/50Hz，100% load 输出肖特基电压

AC264/50Hz，输出短路，VDS VCS 波形

8 G9 c; k0 F; K/ x# R/ N. [05、EMI 评估测试测试条件：
2 ?7 W! V) j4 v" @0 R( a+ {5 }
输入：AC115V-60HZ/230V-50Hz；
输出负载50W 8Ω大功率电阻；
+ `, I8 d: [& x) }+ o( Z: Z: t9 ^6 X限值标准参考：EN55013、EN55022B。（辐射测试结果仅供参考）

AC115V/60Hz 传导L 相

- u# k8 n0 L9 Y- z

AC115V/60Hz 传导N 相

1 ?: U* s9 W2 v- O1 F

AC230V/50Hz 传导L 相

AC230V/50Hz 传导N 相

+ j- V" w; z1 W6 v% h2 C0 q  ]) t

AC115V/60Hz 辐射测试

5 ~' C0 D  w. A1 M. }

AC230V/50Hz 辐射测试