本帖最后由 思睿达小妹妹 于 2022-5-13 10:06 编辑 # |" U5 M) w. j( U
, n, B) ]2 \5 V8 A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
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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。; }" P: B/ U0 l
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CR5249_12V1.5A 工程样机示意图
. s& d K! j8 q' ]8 A9 f! TCR5249" J# O1 }$ N' m2 f5 A+ u4 `
% q/ D. G, {$ ^3 u5 Z9 a3 t
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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$ g" H+ i, q$ n% `) u/ z7 S, I# ]+ X! p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。3 ]% @: W, k/ `2 U. [* {2 D: ]+ G
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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。7 |* n. f: T! x* h- |: V' ]# D
6 ]# D( i0 G+ O8 n U( D) z芯片特性 ?. H$ n( X- A. a& g" p5 a7 F
* _ B( f1 e6 i● CR5249 是DIP8 封装的新型反激功率开关
, c) q; O/ @% D3 I$ I● 内置软启动，减小MOSFET 的应力，内置斜坡补偿电路；5 J" t4 b" j) H* E( X/ ?! L
● 65kHz 开关频率，具有频率抖动功能，使其具有良好的EMI 特性；
) @: {$ L' D; f" O● 264VAC 输入待机功耗:<75mW；
. _4 O8 V( W$ I; w/ \- o● 具有“软启动、OCP、SCP、OTP、OVP 自动恢复等保护功能；
' G! O( h* J9 X2 P5 n● 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。
: D! q; L0 X% E5 U; T( G# S% B● 能效满足DOE Ⅵ 和CoC V5_T2 要求
! ~. @0 T6 ]' m8 z- q' }+ P" ^( }& M- k8 v; h, J" N' ?
基本应用. B/ u0 ]' }. ^$ y, G+ M# u
- m- m+ w: I! O: R$ h● 电源适配器0 s9 d M7 m6 K# r; J3 ]
● 开放式电源
; O4 g/ s& x7 m# [0 A9 \! T● 数码相机和摄像机电源
- D8 X- V9 s/ C4 Z) j' s; R● 电脑和服务器辅助电源. ^& B. x# e ]& b3 t- g9 o: x
● 机顶盒电源
: Z1 ^5 \ U3 z# M Q$ d, \( T1 k● 掌上电脑电源/ O+ _9 y6 l1 ?! R
, C! p! g* i2 v. k
引脚分布
G/ ^; W2 C$ y. ?2 \: D
, ~8 g( |, Z# {9 d5 ?6 _( _; x( `, r% z- b; |5 S. y* V* U! @
引脚描述# P7 _( f% G* B* ]
6 }. b7 b4 Z+ b1 N$ ~3 }" B9 U, R! z- z' w4 F4 ^; M
典型应用% w' @6 T! v1 n) z
) G+ {) g- Y4 \) Z
3 w5 Z- P0 L i6 n U X' ?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。
; `* c0 c% x9 D' Y8 V
' r1 h$ k2 ?$ W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。
6 U/ |: x4 D/ K! K1 D7 y6 E) Q9 I" O6 ?. H( [; `* N. y( o5 V
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。
7 S3 { E1 n; n k2 \7 \
& O j0 |/ q# N02、样机特性. B, ]& O+ [6 u2 U* s5 c
' A8 p3 r0 F B% s, x0 C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。
! v7 k6 T* `6 m; M i( o$ K' _2 ^% H9 @, _0 }
2.1、输入特性：) f5 i6 c' p- t0 S
' k: H: ^. k0 U# Z/ Z4 Z2 w" a
7 i# L" f* Z. B9 l, G2.2、输出特性(PCB END)：
( c( y1 B$ w6 e
4 x1 Q% ^, H+ U: I# G9 ?. a: c/ H
2.3、整机参数：8 K) [8 u4 W ~) p) n7 \9 c
9 p8 l& l$ T* E: d1 C2.4、保护功能测试：
' y6 n" a, g* w" ?5 {8 M
2 B* ~1 B* k( j3 [5 D
2.5、工作环境：/ E* O' r) @1 c9 @/ _+ I
) H, ?' i* `6 K2.6 测试仪器：
2 x1 T2 {6 u( f5 V8 k03、样机结构信息: k( D2 h2 l/ N6 U# Z+ P
/ g$ o$ c4 i0 a# {# s* P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 h* |9 \/ r! X0 ?( I. V0 [
& J# `2 {8 Y9 l5 ~3.1、电路原理图及BOM：5 j( c' K! { ?* S8 o. @
5 i2 t- o5 z. `/ t3.1.1 原理图：
, j3 @0 p( ]* \% M8 e, w' ]
+ C8 h; C5 ^/ c `$ W; ?3.1.2、元器件清单：4 B. R# E, @( `
* F: K: F% k& x+ O5 Z- y
9 f& ^0 c: H8 z4 A! M# A
3.1.3、PCB 布局&布线：
5 T: F; k- r: c/ ~& e4 [! C2 p) {6 z# p7 }' X
PCB 顶层布局
& k0 X- E& y1 r# }9 o+ K
PCB 底层布局 / d0 S) k$ N& m' ?
PCB 底层布线
6 K( H5 m# |; A3 N3.2、变压器绕制工艺：
8 b3 u& U- E; w1 R1 C
6 n; N$ p0 N$ H) K1 W3.2.1、电路示意图：4 Y* J0 @, [1 R! j8 y( Y$ j
' U, E1 {/ }7 E/ O8 q
6 b9 c# ~/ ~3 } b" P2 L
3.2.2、规格参数：" Y v. Q8 z3 q, j
# U5 m/ l6 q5 e( u" l) [1）骨架：EE19W 磁芯加厚立式（5+5PIN）,Ae＝46mm²；
9 Y0 i5 ?, v/ M9 S1 h5 ^0 ]* Y2）材质：TDK PC40 或同等材质；
* }- H7 Z: K. f, L3）N1、N2: 2UEW 漆包线；N3: 三层绝缘线；
8 q) t6 R$ N7 i* p" e4）次级绕组从变压器顶端进出线，磁芯接地 U5 K% z" P/ f* G
5）绝缘胶带:3M900 或同等材质；
0 u( ~7 \. {- E# p6 t3 d1 D _2 t6）初级绕组感量Lp：1.8mH±5%（测试条件：0.3V，10kHz）；
, @4 j R. P# P2 ?% G. ^, W7）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）)；
2 y0 T2 A8 w. _# X8）耐压测试= 3.3KV 5mA 1Min；
$ F5 m; E! ^7 p, c' O# Z9 G D9）成品要求:浸凡立水；
& Q, B3 C6 @/ B( o8 V! c) V$ _0 ^, Q- x! R! z* Q' ^
3.2.3、变压器参数:
' X4 Y: s2 m% ~+ N3.2.4、变压器结构图：8 k' V3 y- L7 N( `6 r
3 p0 i/ u/ F. M8 J$ i
7 d3 l& `0 ^, |* j& p! }, A, l& y+ Z04、性能测评
& m) u" X7 [. V+ T! ` N' ^6 E/ ~9 N& o9 a8 w* `4 n
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。
5 a4 {5 {; a1 S8 x% J" G7 G& J( a/ K% C$ n6 H
4.1、输入特性：- L- m$ {$ o) {' y, y7 Z4 f
: D6 x& F7 t3 S' C, [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。2 Z, O+ `. C- z' j+ f. V7 B( \( l
( b, Z q& u9 k* R. K) ~ J
表1 待机功耗
3 `8 h, {+ b1 q1 S# q$ S9 {/ s# `9 S A1 @6 s
/ B$ h' |! i" h/ v+ p3 @+ W3 k. U
表2 输出100%负载下的输入特性/ _" `/ K% u0 u
q7 ~4 R7 C( A8 |0 l! s( v
/ E- A5 e( B: [3 G9 @表3 效率测试（1.5M 22AWG Cable）* E, Y2 l" `7 F5 h. V1 V) d& |
% v0 Q4 a8 l' h' l6 d! W$ t. z/ T) R
表4 效率测试（PCB END）+ h0 x0 U# X6 U& {! K3 i9 T
% i. V1 f8 t$ ~
+ d1 A- o+ u* ?4 c表5 能效等级评估（1.5M 22AWG Cable）# D; U) E% \$ d# I8 m! ?
4 y+ ]# S* q2 L$ z4 D' @
6 r" }1 i+ U5 M4.2、输出特性：9 A. a7 b% N% j- I
4 \; t/ ^1 `* \1 N6 ]2 {4 F: B4.2.1 线性调整率和负载调整率: （ PCB END ）7 \. L6 {! O4 f
" _7 z9 f# A- b. Q
; K% A f" |1 \! H2 _& A( @( O! q) n5 b" k g+ [
4.2.2、输出电压纹波：" r" s7 b$ Z1 E$ ?2 d* `" Y7 a
" E, X0 z4 l: B' i注：纹波及噪声在1.5M 22AWG 处测试，测试端并联0.1uF/50V 的瓷片电容和10uF/50V 电解电容，带宽限制为20MHz。+ R- ^' S% }# ]& H& N5 E
& x% w$ U/ ~9 x2 a9 h
' k' S3 G3 j( V" z7 O( [( ]
R&N @ AC90V/60Hz,No Load & o& n( ~, i# c* O6 z) _" A1 q: y
R&N @ AC90V/60Hz,100% Load $ d. r5 N2 N) E$ s3 g
R&N @ AC264V/60Hz,No Load
' J/ h; _# W7 ?$ A% N. H' t( Z
R&N @ AC264V/60Hz,100% Load 9 x6 [$ L6 `2 g) B- k
4.3、保护功能：
( f# i( {- _9 i! B8 Z
4 H1 T: q+ u. Y1 U) H T以下涉及过流保护、短路保护的测试。
3 I" v% a1 J3 W! l3 I0 o; Y
4 M3 h' J8 d5 K! M7 ~+ E' G; D2 O4.3.1、过流保护：
( B- ^& r K6 L
$ t' }# B* H# \) C: x# ~' C, C4 W4.3.2、短路保护：. S, m0 p3 {+ j$ `* h+ m) \
" `6 ~# u/ ~3 M+ k5 h
功率计电流量程2.5A,开启平均值模式测量。3 R3 [$ g2 L- h8 J; ?. q B
) U1 ? f! C: m! M% R9 ]
4.4、系统温升测试
$ x" F5 @ z; y' H/ a: _' w. C0 ]0 B& P( D: Z9 b( m( G
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。
* v- D& e1 `! }, J! n0 A% x7 `
; {' U( R J' G2 k" p
测试样机及配套外壳 3 h! B' [ D' l- p9 H9 s
$ l3 `8 \) R+ h7 Y- x. e
1 B! W6 M e* s% ]. C: v4.5、动态测试：) B( ~4 m/ \9 w% i' j
6 e8 u1 M& N0 K2 u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)
9 y+ }! t7 \# U, T3 ]- p, o, b
/ h0 a( V6 Z- b6 h$ Q; `" e
AC90V 5ms 5 E. u$ r1 Q& r
AC90V 10ms
t0 x5 W4 c# E' l8 X
AC264V 5ms & C. |- r% e; f* F
AC264V 10ms 9 H. z# }0 W! j, j0 y: d/ [
4.6、系统延时时间测试：
+ L1 Z: L9 X+ _ j
4 Q; ^4 H5 g7 G7 c
TON_DELAY @ AC100V，100% Load
9 u# Z6 F V8 S J5 {
TON_DELAY @ AC240V，100% Load 3 n) \& C5 ~8 k/ l- X
THOLD_UP @ AC100V，100% Load 3 m( J% f7 `4 A$ Y! L: ?( e
THOLD_UP @ AC240V，100% Load
" M! p Q+ G* E& q6 j' w4.7、其它重要波形测试：
2 X6 M' ]% W' L1 ^ {
. y, y8 q. k( j" J, d( wDRAIN（蓝色）端、CS（红色）端波形图：
: ?4 R7 j9 v7 ]) E! ?
, m+ O9 D6 z+ D K. d1 ~2 Y2 g' W
AC90/60Hz，100% load ( }+ y( Y( n; {
AC115/60Hz，100% load 4 W1 X3 v" f* b" V, X, t
AC230/50Hz，100% Load
9 x( M Z; i$ q2 w
AC264/50Hz，100% load 8 z: q, k+ n1 I& B2 u% E0 D
其他波形测试
2 r1 f$ @! e1 [7 R2 N4 N& @2 p% J V5 q6 K9 `7 c5 x4 m1 C; Y; |" [& A
AC264/50Hz，100% load 输出肖特基电压 ( W1 T4 q, Y0 A& X" `$ z
AC264/50Hz，输出短路，VDS VCS 波形
# ^( r' \6 D, F# N5 _% S! B05、EMI 评估测试测试条件：0 I; J; ?+ V+ d8 d7 n$ s
2 j3 U v$ J# h
输入：AC115V-60HZ/230V-50Hz；4 `' R" X9 Z) y5 W* k
输出负载50W 8Ω大功率电阻；$ v7 v8 @! }4 G6 ]
限值标准参考：EN55013、EN55022B。（辐射测试结果仅供参考）! h, }' O0 S' `, F( [
& \; P! f3 U/ s& |& a! q9 I& f7 Q
AC115V/60Hz 传导L 相 " @) p3 f' \: O6 z2 H; Z
AC115V/60Hz 传导N 相
* N4 K! w, s! ?$ m4 B% ]9 z
AC230V/50Hz 传导L 相
, L$ I2 B# q/ C3 n& F/ z
AC230V/50Hz 传导N 相
; @) G: U" h- D! ]+ F5 u
AC115V/60Hz 辐射测试 , X9 U. r( `9 M5 x( w3 G
AC230V/50Hz 辐射测试 |
IP卡
狗仔卡
发表于 2022-5-13 09:46:35
提升卡
置顶卡
沉默卡
喧嚣卡
变色卡
显身卡