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

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

6 g1 f* v, M3 Q, VCR5249

' _' l# O: N# ^3 N& hCR5249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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  B2 s; b1 M+ _- |0 W/ HCR5249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

● 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；
( K7 B& t  ~" Z  B  B4 M● 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；
5 W6 O& e8 Z/ _$ H4 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。
  u8 \2 L5 R  a+ _, |* o' U● 能效满足DOE Ⅵ 和CoC V5_T2 要求
" L/ e/ x* z0 F
基本应用
  o9 E3 U! B# C& S% Z( k0 r3 _& h
* T6 v. B+ m9 q● 电源适配器
● 开放式电源
● 数码相机和摄像机电源
● 电脑和服务器辅助电源
/ m. ~6 ]; d2 {8 W; B  Y# l● 机顶盒电源
● 掌上电脑电源

引脚分布

8 g* K0 R* l7 c- K

2 J- o$ L( u+ r2 P" w引脚描述

6 E, y" c" `0 b; F典型应用
2 M4 o! ]: y) L1 F8 @

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。

% ], j& Q' T0 P$ w$ ~& C' F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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8 t$ C* y+ N8 K5 ^/ 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。
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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。
$ k  @% m; ]! U" Q' L9 @8 d
- j/ m% i: s/ ?# W! F5 k! n7 A2.1、输入特性：
9 K3 L8 O8 I# [

, \" n* L/ U- J+ n9 O3 o
2.2、输出特性(PCB END)：
+ Q. Z; x9 o  s- {

  C4 f% A& A: Y" i2.3、整机参数：

4 S9 I  f6 v. \' L2.4、保护功能测试：

& [3 s' O) s+ f# x/ z& `0 u: j2.5、工作环境：

2.6 测试仪器：
2 B" H  n% D2 z( f

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。

6 S6 ]- ]; P$ \, x9 u5 b$ K  {7 c& R3.1、电路原理图及BOM：

3.1.1 原理图：
5 c  W3 a8 T$ [) }7 F- r

3 d6 J. d$ ~0 v3.1.2、元器件清单：

9 I1 a; V( S; D+ \. @- U5 x- @3.1.3、PCB 布局&布线：

* ?" \' f1 G, I# h

PCB 顶层布局

PCB 底层布局

PCB 底层布线

8 M+ S6 w: A" g+ T  i; z3.2、变压器绕制工艺：
5 n1 A1 k; I3 T* M1 Z. z
+ {8 h2 o" ]% ]3.2.1、电路示意图：

' m/ P* j3 @4 t- B8 ?$ n" t

9 u% _  v# m8 [" F9 G( [, T3 H5 B) @3.2.2、规格参数：
8 W& ?* F1 T6 `& ~5 j  h
1）骨架：EE19W 磁芯加厚立式（5+5PIN）,Ae＝46mm²；
+ I! b0 y6 G+ y, `8 l  I6 D$ i$ X2）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
3 o/ @6 P( c8 x) s* L  U5）绝缘胶带:3M900 或同等材质；
+ ~& v; `  j' P) u& W2 z% a6）初级绕组感量Lp：1.8mH±5%（测试条件：0.3V，10kHz）；
2 w8 L3 g, s1 Q  [7 s% C" v7）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；
5 Q1 [+ q+ ^5 o# B0 X% p( E9）成品要求:浸凡立水；
- b; Y9 _8 j$ X
0 _  V6 g( ^; O& B" R! O3.2.3、变压器参数:
# \. [% Q3 t( n

3.2.4、变压器结构图：

8 @9 D9 f3 x; c! ~

, B% a  L3 M5 f, V' L- h" J3 o* Y( e04、性能测评

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。

( T# x9 f" G' g  L) k2 m4.1、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。

表1 待机功耗

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表2 输出100%负载下的输入特性
; w( V" x$ k- U; }  u

) P6 w) @9 |3 x
表3 效率测试（1.5M 22AWG Cable）

, c3 x1 _9 G& k" V表4 效率测试（PCB END）
* h* N& w% B: L7 J4 W2 `# R' }

  k6 G" t  u; T" [
表5 能效等级评估（1.5M 22AWG Cable）

- H$ D% h( Q4 z/ c. Y6 M8 V  y6 s4.2、输出特性：

% w2 y) e, S0 Y- r) h7 p4.2.1 线性调整率和负载调整率: （ PCB END ）

8 {3 K0 V2 M+ C: ~
$ D/ s2 {3 p; s6 d5 K' H4.2.2、输出电压纹波：

0 u9 T; c7 r( ^# z; z4 v# u2 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。
4 f, [# W4 l' B, s# z9 D

' y3 M- H9 P3 `( ~. [

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

" D4 {; g) s6 T: Q

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

* v  r" h& [5 u

R&N @ AC264V/60Hz,No Load

+ m. ^: w4 D# g% u$ f* O- L

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

4.3、保护功能：
* A) [& W1 M1 C% H( T) f# i
6 z, a' c) I, s& J: d. Z+ S4 @以下涉及过流保护、短路保护的测试。

4.3.1、过流保护：

! l0 c+ G: I" W$ H7 l. j5 ~4.3.2、短路保护：

6 U  p5 l8 X3 j  W, V功率计电流量程2.5A,开启平均值模式测量。
% `# \' O8 `: y) M6 A% m

) m5 W2 g( e% p; I; W) S4.4、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。
- M  x5 A$ n* {, i' X! V
. M* ~; }) b/ p2 z6 ~

测试样机及配套外壳

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4.5、动态测试：
8 }6 y  \: i' \3 `$ d* h
, M  ^! B% s$ k) L& v; T, L' q2 k6 H$ {5 ?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

8 v3 j6 c& o, W/ N7 l  }

AC264V 10ms

; X1 R: F9 Z( K# o! v6 l8 I8 m0 G' B4.6、系统延时时间测试：
0 Z6 V" U3 m/ u5 c( |

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

4 r+ G& K7 v- x: s9 v/ \

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

# C+ e1 c0 \# ^7 K4.7、其它重要波形测试：
& W: X8 w# v/ E$ W( O- n
DRAIN（蓝色）端、CS（红色）端波形图：

' y5 ]- x7 o1 W

AC90/60Hz，100% load

7 }$ P2 Q- f3 M+ P" v

AC115/60Hz，100% load

AC230/50Hz，100% Load

6 [* g  }# X& g  Z( E9 k' s) F

AC264/50Hz，100% load

) F. |$ l) m5 k7 |8 B! R其他波形测试

' x: N  T0 t, z

AC264/50Hz，100% load 输出肖特基电压

1 p$ j* l8 J2 ^1 ], @

AC264/50Hz，输出短路，VDS VCS 波形

8 V( O/ J9 D5 f! a, u. j05、EMI 评估测试测试条件：

输入：AC115V-60HZ/230V-50Hz；
5 S. h$ w4 N& Y% M, i- l1 c输出负载50W 8Ω大功率电阻；
限值标准参考：EN55013、EN55022B。（辐射测试结果仅供参考）

AC115V/60Hz 传导L 相

( `2 G' G- e; Z" Z+ [

AC115V/60Hz 传导N 相

AC230V/50Hz 传导L 相

# q% o1 _1 d4 c' }! q5 @+ @

AC230V/50Hz 传导N 相

2 U; a9 h! m7 T

AC115V/60Hz 辐射测试

  I6 U7 S6 @6 O6 P& J

AC230V/50Hz 辐射测试