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。
( g3 S* q% |# m, _# A! g
0 a" ^# o- \9 \+ {1 L5 l( e01、样机介绍
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2 F+ v- Q, z# H% v1 @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。

# a) u( {" q7 _+ M, z4 Z8 z, j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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( w  |5 V: g# G; u  JCR5249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。
" U. b$ E, g+ S+ n3 }
0 U+ x# }% Z. p# N芯片特性
; P. F6 b' N7 [
: i+ z: O- s; g/ N● CR5249 是DIP8 封装的新型反激功率开关
' t3 _, G/ G3 W+ ~1 `& e9 Z6 i' |● 内置软启动，减小MOSFET 的应力，内置斜坡补偿电路；
3 Z3 u0 ?" j7 f+ E6 T" a● 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；
& r4 J9 z: I0 |0 Q  k0 ^● 具有“软启动、OCP、SCP、OTP、OVP 自动恢复等保护功能；
/ U! G+ h" I/ ?* D% G8 @. _● 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。
( H( s# \9 n4 P' C● 能效满足DOE Ⅵ 和CoC V5_T2 要求
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, s# O! J. ^8 y  j  ]1 f4 V% v基本应用

● 电源适配器
8 @7 S9 J6 ?) X. _& d$ A3 g( \● 开放式电源
( j/ Y  h9 u, c( f/ B. `● 数码相机和摄像机电源
● 电脑和服务器辅助电源
● 机顶盒电源
● 掌上电脑电源
0 L; ~* g- [3 u3 ~8 n0 N
引脚分布

引脚描述
' A, O5 c5 M4 b# M7 p

- k1 R/ H, E8 X1 z2 b; ~典型应用
8 W  ]7 i( [/ o4 C2 I2 G8 E/ w

4 n: I# h6 a0 l+ n& d% 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。

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。

( O* e2 {% m) H* M, `6 C. m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

; l) x" a) r- v$ b0 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。

2.1、输入特性：
, a4 h' x% n1 L. O

5 u/ a2 O( [" I7 ^
2.2、输出特性(PCB END)：
0 t. v( L  H0 {

' K+ F5 f2 x3 X0 s( n7 s2.3、整机参数：
, {9 x9 H$ P& i- e( C/ M( N

2.4、保护功能测试：
: t3 E1 h/ j* G: Q0 R! R( f' L4 o

6 C! b. T: _0 B9 l: \/ b2.5、工作环境：
/ u# V# g+ j! C$ |$ Q, ?5 I

8 y4 p+ G" R4 c* n4 X2.6 测试仪器：

03、样机结构信息
9 R: s* M) l; z- k7 n. |9 U
' I; t$ J0 |/ ]! N& _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。
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3.1、电路原理图及BOM：
2 o: U( n0 A+ V1 K: h% j! I2 ]
* x% l5 G1 Q$ ?8 o) U7 R5 P; u3.1.1 原理图：
9 z( e& @# e/ T0 \+ M% j

' h* S# t9 L# |$ w2 M3.1.2、元器件清单：

3.1.3、PCB 布局&布线：

1 E( L9 q+ Q7 Y& o3 c* T9 t

PCB 顶层布局

PCB 底层布局

  O+ ^: C* ~/ K( C, i: _7 V

PCB 底层布线

7 s; p$ h8 l" E! w3 d) n3.2、变压器绕制工艺：

3.2.1、电路示意图：
: I: {% `8 O& U
* W# I5 ?; F- Z! s0 a

% [# C3 j) V9 q1 ?* V3.2.2、规格参数：
9 \; w9 r! E& f! q1 _0 t! |
0 I* n2 U7 w1 L' z) v1 Q$ `8 x+ O- p1）骨架：EE19W 磁芯加厚立式（5+5PIN）,Ae＝46mm²；
  }5 K$ J8 ^! [: o2）材质：TDK PC40 或同等材质；
( F6 W9 t- }4 z, ~1 p4 O6 l3）N1、N2: 2UEW 漆包线；N3: 三层绝缘线；
7 a5 @$ a; W- P9 X& P* j4）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）)；
* L! \" S+ R1 K7 g8）耐压测试= 3.3KV 5mA 1Min；
: e- ^% r5 h- Y% r" L% `! Y# j9）成品要求:浸凡立水；

; E+ f1 h6 y" L( T0 |  e! H3.2.3、变压器参数:
1 h  M1 S5 N& ]0 ?: H

3.2.4、变压器结构图：

* [& G( d! X/ L04、性能测评
- y$ B: u0 j# F) ~$ B; r
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。

0 W3 k# ]  o4 G. p  r& b8 a4.1、输入特性：
% I, \" o" T" e8 Z
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。
: y- B$ m  l, A
表1 待机功耗

4 p6 b! S3 D$ q/ V" p. H8 g; i' a
5 |; B) k! B7 I) C4 J表2 输出100%负载下的输入特性

! B- z: t* t. w) a+ [, Y; u5 s3 G% q表3 效率测试（1.5M 22AWG Cable）

" f# l9 w4 O9 @
表4 效率测试（PCB END）

/ e/ S/ A% ]" ]5 i: R
表5 能效等级评估（1.5M 22AWG Cable）
6 l' D% K7 r6 R# q8 {# n+ R4 a

$ D3 ~7 B: h' U7 i# Y
4.2、输出特性：

% y- a9 d6 f( v4.2.1 线性调整率和负载调整率: （ PCB END ）
: A( q6 e' l6 a6 G% s

6 ~* S9 v6 {" \1 a6 G( L
$ w+ |' y1 D- ]7 ]0 ]  `& O  k4.2.2、输出电压纹波：
6 U5 o% p/ a. Y$ c% B
! b# ^9 n' p2 `7 V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。

. f5 n9 Z& d* Q

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

9 {  d# O) Z% L6 @( i% r$ P

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

R&N @ AC264V/60Hz,No Load

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

- i3 h8 k0 p5 ?6 p4.3、保护功能：
# q2 R' S% q3 R
: J' s, W  C6 U& L( z$ ~以下涉及过流保护、短路保护的测试。

& X; W' Y# G6 Q& e& q4.3.1、过流保护：
7 k8 f% m& z5 `6 ?  C  R/ L; }

* ?: v1 p* A; }: E7 T4.3.2、短路保护：

7 S$ v2 v7 p9 h功率计电流量程2.5A,开启平均值模式测量。

& m: f( ]+ ]: O% E4.4、系统温升测试
. ]( e! d$ Q5 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。
0 r" h# x! E( e  c" Y- x7 ~
1 f. K! E' o5 G1 X% Y# G& u4 ~

测试样机及配套外壳

! P9 p5 ~- t. z4 e8 S( V9 L" R

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)
  ]& h) R2 X- t/ _
6 U4 ~0 X+ q) Y0 I

AC90V 5ms

3 g4 p' w0 [: @$ z% |" c) a

AC90V 10ms

AC264V 5ms

6 E7 w* d3 r0 j# v4 f' X* p

AC264V 10ms

4.6、系统延时时间测试：

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

9 ?4 j4 r' X4 ~8 @  B0 F$ h8 h

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

  B) p  U5 K5 U, l' V: o# a8 v

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

0 l% a9 H( V, w9 X! |6 O. _( R4 Q

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

4.7、其它重要波形测试：

DRAIN（蓝色）端、CS（红色）端波形图：
4 V/ e4 a2 z3 y

AC90/60Hz，100% load

AC115/60Hz，100% load

AC230/50Hz，100% Load

AC264/50Hz，100% load

6 s4 b- z1 T) o8 d$ Z) h4 {* h: X其他波形测试
% b  }. t; {' }2 O7 }2 ^/ Q/ ^0 y

AC264/50Hz，100% load 输出肖特基电压

6 z( ?2 s0 P+ B' {+ `

AC264/50Hz，输出短路，VDS VCS 波形

& m. D" L9 J' F3 q  q* b. I7 x05、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；
& ^$ _* k* p5 F, Q( [限值标准参考：EN55013、EN55022B。（辐射测试结果仅供参考）

& }4 I# h& v3 B  y5 x/ A8 A

AC115V/60Hz 传导L 相

AC115V/60Hz 传导N 相

AC230V/50Hz 传导L 相

3 K' i# X' ]+ m6 ^8 R2 h

AC230V/50Hz 传导N 相

1 {3 l. E2 H" s9 g/ F

AC115V/60Hz 辐射测试

AC230V/50Hz 辐射测试