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

- p& i, |0 ?4 k! t5 H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

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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2 n' e# `2 w( q! s# z. N- l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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5 N( n( l& P; L  Z( [1 [/ f6 \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。
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: B/ v9 R2 a6 p4 X& o' v芯片特性
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( q, s6 J: Z' r● CR5249 是DIP8 封装的新型反激功率开关
' Y3 `1 {+ u$ C  c) t● 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；
● 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。
. b' g  Y& F1 n& [5 w9 M+ z● 能效满足DOE Ⅵ 和CoC V5_T2 要求
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基本应用

● 电源适配器
● 开放式电源
● 数码相机和摄像机电源
, ?5 F6 h( i3 v; Q● 电脑和服务器辅助电源
● 机顶盒电源
# y9 r# ?8 F& J- V● 掌上电脑电源

) @! K' K' s/ C# r( C: |引脚分布
$ v7 w, T: O; w9 j3 ^7 c* V! V6 C0 p

6 m- P( z( @; B7 J" p6 I引脚描述
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! a* N$ i- X2 T4 u典型应用

8 H( ?3 c, D; J/ g5 k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。
3 b3 z9 I0 @, |- ^3 t- \: O& w
: l' J) h; O' ^: T" Y, X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。

02、样机特性
0 G3 }7 h3 Q9 C* p& y: @
! g4 E3 ]' i/ L5 o  U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。

  e, E' |) V/ Z2 C  z/ F' q2.1、输入特性：

2.2、输出特性(PCB END)：
4 G; z' ^" n- L3 C( i$ L

2.3、整机参数：

+ A7 C1 r% L, p" Z9 @3 t6 F5 W5 {2.4、保护功能测试：

+ \4 W; g3 \( H" o4 A2.5、工作环境：

8 B1 S# G: I# A* `6 O2.6 测试仪器：

03、样机结构信息
% u/ V1 t/ V/ D& I8 Z" y3 m$ _
0 g. m3 }# e" v, L" e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。

9 S# u8 u, P3 [8 D( I2 f3.1、电路原理图及BOM：

3.1.1 原理图：
1 t2 O9 U* U! Q; D& ~

3.1.2、元器件清单：

3.1.3、PCB 布局&布线：
: X- h2 o9 B# l* g  `: d+ z

PCB 顶层布局

PCB 底层布局

PCB 底层布线

* V( {  }* l8 l0 y) [5 V+ _3.2、变压器绕制工艺：

3.2.1、电路示意图：
( c* [1 o6 ^$ S+ m0 q- X; C8 |9 z0 o
" U4 Z! R  U5 m0 N5 H

3.2.2、规格参数：
  P3 d3 _& `' A$ B
4 e: X) ?7 H6 o- j! R! _1 M" b1）骨架：EE19W 磁芯加厚立式（5+5PIN）,Ae＝46mm²；
2）材质：TDK PC40 或同等材质；
6 D( z' m8 k; x3）N1、N2: 2UEW 漆包线；N3: 三层绝缘线；
( q6 B/ @; |3 x4 a. a7 Q4）次级绕组从变压器顶端进出线，磁芯接地
! Z6 S! ]8 e$ M, X2 ^, v! E; Q5 R5）绝缘胶带:3M900 或同等材质；
4 v5 i( [0 q! Z. W; G0 ~6）初级绕组感量Lp：1.8mH±5%（测试条件：0.3V，10kHz）；
5 p4 j# ?/ w5 v+ O7）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；
9）成品要求:浸凡立水；
7 L6 L% k# c/ K  ~) H
0 y, _; D, T& V) y. W& Y( G$ K9 S6 m) l3.2.3、变压器参数:

3.2.4、变压器结构图：
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7 b; e3 I' {# Q3 I" R; T04、性能测评
" T2 S7 h$ V" H/ \6 m7 J& ^6 I2 Q" {
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。

6 c1 V( j9 ]8 |) p: A! S, J# _) g4.1、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。
+ M9 Y% T- j+ Z) P6 K
- S# y7 D4 Q7 y4 a7 m* C& B表1 待机功耗

- o! `$ ~6 [; @0 p- h9 d! y, I
, {+ D$ h8 ~" T- I5 J2 V" e) ~表2 输出100%负载下的输入特性

) h+ c8 L- {1 v" E
6 ]+ V2 f* V. r/ n. d3 I6 B1 }表3 效率测试（1.5M 22AWG Cable）
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$ z  w8 \. }: S8 }
3 s# g8 L8 L; o% \表4 效率测试（PCB END）

3 b2 b8 t* c: H$ d
( Z( G# @& S6 t$ q表5 能效等级评估（1.5M 22AWG Cable）
6 x* W% C* [1 G0 w

- V, j; h. f- @3 ]% }) }4.2、输出特性：

: ^# d2 A: I# s4.2.1 线性调整率和负载调整率: （ PCB END ）
% l  w. e& T) [0 D# E) B' R2 z% l' N5 R3 ~
/ Y3 e$ h3 J' g# ?$ @! \

4.2.2、输出电压纹波：
1 {( J8 d. v" K4 |. q6 n
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。

% [+ L4 Q4 X" {! P/ J) H9 u

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

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

R&N @ AC264V/60Hz,No Load

* w: B: H: s- C! U! X

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

4.3、保护功能：

* E1 h2 t5 d" s8 Z9 \7 x  ~7 U2 D2 D& \以下涉及过流保护、短路保护的测试。

5 d+ o1 S- Y" N9 @( V; Y4.3.1、过流保护：

# F" Y) @* c4 J7 t7 W0 w9 d6 h4.3.2、短路保护：
0 J0 T. M3 [& A' M6 c
6 d" i+ k! p6 w; t功率计电流量程2.5A,开启平均值模式测量。

! T% i" g" b6 l: U4.4、系统温升测试

6 Q( X. M/ b9 W, q4 P6 F7 Y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。
; T& S2 f8 A7 y5 ~/ \* J+ g* ?

测试样机及配套外壳

4.5、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)

AC90V 5ms

! A0 q2 [) B. W: {5 Y2 y3 c

AC90V 10ms

AC264V 5ms

AC264V 10ms

4.6、系统延时时间测试：

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

) j3 S+ _& ?9 D' t/ U; z, n

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

( u4 h& n5 a( }3 v3 \5 c7 B0 S4.7、其它重要波形测试：

DRAIN（蓝色）端、CS（红色）端波形图：
( @2 z8 E$ a0 E* P% N+ d
$ _# y8 s" g' ?5 S

AC90/60Hz，100% load

1 i' |- _$ b; r4 G

AC115/60Hz，100% load

* ^; L# D1 o1 d9 N9 h, w8 {

AC230/50Hz，100% Load

4 I, E0 |. N0 Z

AC264/50Hz，100% load

其他波形测试

# ]' X  ~+ A! h) b1 q/ k6 p$ q6 Y

AC264/50Hz，100% load 输出肖特基电压

AC264/50Hz，输出短路，VDS VCS 波形

05、EMI 评估测试测试条件：
1 k' Z; B, g. D
) o5 q: c0 G3 `/ q/ o输入：AC115V-60HZ/230V-50Hz；
" w2 \% y' H/ q0 b. t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）
+ }9 C/ u- M) |8 p1 G3 [
: B! P( H9 R! o0 w9 E# M

AC115V/60Hz 传导L 相

: ^% \# b7 Z" U% N; I7 ]5 h

AC115V/60Hz 传导N 相

9 a4 u4 Z; c$ P0 w. T0 S

AC230V/50Hz 传导L 相

5 f$ E0 K8 X+ b3 v/ r

AC230V/50Hz 传导N 相

2 X, J& {5 B9 Y/ l+ f1 ^5 `

AC115V/60Hz 辐射测试

& n8 Z1 U& U: M4 F$ c0 p

AC230V/50Hz 辐射测试