帮你解决功耗、效率问题！看看18W电源适配器方案有多给力

思睿达小妹妹

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在之前的文章，我们给大家介绍了一份“硬核”的240W电源适配器方案，该方案的控制IC采用了本公司主推的CR1252和CR3012。
# o: F0 ?! T2 S/ j. @* [
本文，我们将给大家带来的是一份基于本公司主推的CR5149TJ_18W电源适配器方案。该方案全电压输入时平均效率>86%，而且具有良好的动态负载能力。当然，还不止这些，小编给大家一一揭晓。
. G7 R7 s$ Z6 e# E1 C
1、样机介绍：
7 ^0 @0 K# q- l( N! G1 @( f+ Y
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CR5149TJ。

CR5149TJ_12V1.5A工程样机示意图

CR5149TJ芯片
; O% u$ ?& I$ k( N
" R) g" |; b# ^; g; P- A. [CR5149TJ 是一款高集成度、低待机功耗的CCM+PFM 混合电流模式PWM 控制开关。CR5149TJ 轻载时会降低频率，最低频率22kHz 可避免音频噪声。CR5149TJ 提供了完整的保护功能，如OCP、OTP、VDD_OVP、UVLO 等。软启动功能可以减少系统启动时MOSFET 的应力，前沿消隐时间简化了系统应用。通过频率抖动和软驱动电路的设计，降低开关噪声，简化了EMI 设计。CR5149TJ 提供DIP-8L的封装。
7 f* g# x! b. G; X
% c! g: R' Y/ E# Z9 `特性

& {, y9 [$ B( n, X5 r● 较低的启动电流 (大约3μA)
  Z+ S6 L8 N* K
● 全电压范围待机低于75mW
3 X0 l4 ^+ t; a+ U4 ^
● 满足六级能效标准

● ‍内置软启动减少MOSFET应力

● 内建同步斜坡补偿，消除次谐波振荡
- b3 B4 {0 g! ~, I
2 A4 y1 O" N- C' N4 c8 p- O● 内建频率抖动功能，降低EMI

# \% {' O9 H2 O● 内置65kHz开关频率

& U9 Z% E( v- u" [* d$ V● 轻载降低工作频率

  D' f5 ]/ |3 a7 S# r● VDD宽工作范围
" ~9 H# j" c7 i* ]2 T- B: I
8 q. F1 e; d% T0 ^6 q+ C: E& Z● VDD过压保护功能
. O) b9 Q. b! k8 l' I
! R1 e! M2 v5 N# K+ ^3 W● 内置前沿消隐电路

● 逐周期过流保护
( N0 L+ f% ^" |7 J# F8 {
# m! {+ {- ], g  G  Q: q● 内置过温保护
4 H5 Q- t( `- K. U
● 过载保护

● DIP-8L绿色封装

7 o: ]& h0 R! @% V" l- v, w' y基本应用

/ R: q- w( G+ l% D: n5 H- \● 电源适配器

+ j* R, E5 y) V, b& B5 X  n● 机顶盒电源
# a9 `' t; k7 S' \0 g& d% P
4 j% r- ?" @, z& i) |9 l% h8 l● 充电器

● 存储设备电源

7 g4 x) Z- G" P典型应用
1 @0 o: x" ^5 G) x
7 j7 y9 b) A% g8 ]8 h  C$ u

管脚排列

管脚描述

( M  t5 B# j+ L2 a6 p3 }3 ^! o- W

* n4 X* @. {  S3 l1 H0 U. o3 c) R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70mW；全电压输入时平均效率>86%；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。

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。

2、样机特性：

! h  ]5 _3 f0 z4 W) i7 f2 E% ~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：
. n. e5 n; p& X: B# Z

) e2 G7 t, N2 P. }5 S0 @2.2、输出特性(PCB END)：
$ }: _; D: }- G9 C9 P! L& f
. X  U3 O/ c% {4 k. I% V, l

2.3、整机参数：
3 m# t) `- g8 Y0 x: Q0 _2 Y
3 \; e/ V. g+ y; z

! P( _6 L, n2 m2 g2.4、保护功能测试：

' _4 D1 j7 Z7 H4 m& ^/ q0 V

2.5、工作环境：

2.6、测试仪器：

3、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。
: f6 Z+ y/ g3 h1 G2 v
3.1、电路原理图及 BOM：
4 l  M  L% c) d
. ^; J2 h2 A* Y& p# ^! R0 J  F3 ^+ X3.1.1 原理图：
8 b/ C8 p5 G( _' `% S9 ^  M! u
5 f. O* {$ j0 _4 O2 I% l4 K+ M

3.1.2、元器件清单：

3.1.3、PCB 布局&布线：

6 ^. n9 f3 D; V, b

PCB 顶层布局

& J6 x0 k1 n0 Q3 y6 l3 Y3 Q/ J

PCB 底层布局

* M; m) T9 F; j

PCB 底层布线

3.2、变压器绕制工艺：

, h. n0 ~& H; V' h+ G; T/ F3.2.1、电路示意图：


- b* O: A5 s! I! z

3.2.2、规格参数：
& c8 f+ r- L( V% R: r2 }+ M. a5 v
" p! C" {1 K- t7 Z  l1）骨架：EE19W 磁芯加厚立式（5+5PIN）,Ae＝46mm²；

2）材质：TDK PC40 或同等材质；
% G. X( n  n( L+ L9 T! U/ E
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

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；
6 X. x" F& g+ Y8 ^2 \! D
% L! D( }9 \+ m* p8 o3 N6 S9）成品要求:浸凡立水；

3.2.3、变压器参数:

2 W3 m1 ~6 k0 A! Y

* p. ?# V1 W* o% w: k3.2.4、变压器结构图：
5 o4 D  w7 N: L: @( [! I; {; A8 f
3 `8 b' {' f7 h5 N

4、性能测评：
6 y8 I7 o( T; ?+ X
$ ?7 B5 g2 \3 }) ^' m. U4 M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。
# i- i3 u0 D7 V5 l5 h' M
) N# U8 _/ K) a& K7 W4.1、输入特性：

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。
& _" B/ H& J" {' d" y4 i7 M
+ b* M" D; _6 a/ X: s表 1 待机功耗
& R+ @3 L5 O0 ^( p- e; u" l
* q, h$ D/ o8 M1 D3 p# m- j; o

1 O5 Y7 k1 ]& y6 ?. }表 2 输出 100%负载下的输入特性

% E( s6 ]7 h0 w( j, }0 p; \

表 3 效率测试（1.5M 22AWG Cable）
* {8 }! \! x* F3 ~8 ~# I/ w

! J6 P/ G7 v. r9 z  U: r% _5 N表 4 效率测试（PCB END）

2 W( c  e4 s+ R! H, |

表 5 能效等级评估（1.5M 22AWG Cable）

8 h9 i1 d1 z# h

2 f* W& [# l3 y2 D( B7 Y: }4.2、输出特性：
) P1 D2 I- G8 J: r: d) F
4.2.1、线性调整率和负载调整率: （ PCB END ）

2 z/ l* r$ n% N( g- Z7 k& z4.2.2、输出电压纹波：
- ]; B$ \$ |8 \: P' k9 S, A
% @! T. z; a9 O1 W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。
( y0 b& w6 w/ S  B, R2 _( a; y+ g

* j2 u1 A1 q. ]" n& F* \  s+ Y

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

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

: e1 G: |2 g! ^2 @6 w. v5 ^

R&N @ AC264V/60Hz,No Load

4 R: b. G: ?" P

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

0 a) _  y, j7 o! u9 }0 E/ {4.3、保护功能：
5 J& M  l1 H% K, ~6 u- r/ G
以下涉及过流保护、短路保护的测试。

# `! R8 G* t) n( W4.3.1、过流保护：

2 q, Q4 e/ d9 W$ V/ t2 i8 P4.3.2、短路保护：
; z  n0 f7 O0 O9 T
( w1 b% E( r8 b8 C; G8 q1 y* c功率计电流量程 2.5A，开启平均值模式测量。

( t3 a) o7 @8 v

, T1 A* }  M! P& T1 a: }0 w4.4、系统温升测试
8 Z$ X5 @) q; `) z% E7 j
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。

2 Y0 B6 i" s* S1 F) G8 L% R; ?

测试样机及配套外壳

温升测试：(℃)

  y: n2 [1 A1 c; Y0 n% F

8 n* N& K" {* {6 K/ S5 Q4.5、动态测试：
; K9 |4 R5 q  L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)
1 @6 t) S- e, L' w, W- h# A) f+ I
1 u! }% Q1 p& V7 B0 a

AC90V 5ms

' i1 p' d3 f  Q/ q3 [1 k: D! ^) Q

AC90V 10ms

AC264V 5ms

9 ~) o0 \$ D1 i, q! e& }! \

AC264V 10ms

+ _- f, E" ~, z4.6、系统延时时间测试：
. {# j4 K4 y0 j: u! }' f
+ l) `& R9 v: M! m. x) E

TON_DELAY  @ AC90V，100% Load

TON_DELAY  @ AC240V，100% Load

THOLD_UP @ AC90V，100% Load

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

4.7、其它重要波形测试：

' F# s4 J8 B5 l: rDRAIN（蓝色）端、CS（红色）端波形图：

AC90/60Hz，100% load

3 k1 Z* x1 W2 b- [

AC115/60Hz，100% load

AC230/50Hz，100% Load

$ T8 x  A; k! r9 Z9 N7 i. W

AC264/50Hz，100% load

其他波形测试
! o4 u1 j# D; J6 H1 i% @

AC264/50Hz，100% load 输出肖特基电压

* V; r( E% t; J7 x

AC264/50Hz，输出短路，VDS VCS 波形

5、EMI 评估测试

: U& _* R+ c; ?% p) T! L+ w测试条件：
* ~6 U% [% i# r# W. q; L
输入：AC120V-60HZ/230V-50Hz；
! H. h2 q/ A, C
输出负载用大功率电阻；

  q3 t: E7 m2 X% ^( S7 x( J限值标准参考：EN55013、EN55022B。（辐射测试结果仅供参考）

0 d1 r0 W, K5 D  d6 r# r7 Z

AC120V/60Hz 传导 L 相

AC120V/60Hz 传导 N 相

AC230V/50Hz 传导 L 相

AC230V/50Hz 传导 N 相

! Q, `! }% {! c8 e' C

AC115V/60Hz 辐射测试

AC230V/50Hz 辐射测试