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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3 C$ u3 Q, E* R& w' t8 j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。
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" C: d0 J! {- E; Q, [9 l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。
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& k# h$ P2 \! z3 r4 O1、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CR5149TJ。
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1 q  C$ Z; f: p7 W$ V

- R, \# ^2 Z* ^7 u' x5 h% U; y' `

CR5149TJ_12V1.5A工程样机示意图

CR5149TJ芯片
7 d8 ~/ y& H. q. s7 [
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。

特性
7 C& ]5 g4 P" r6 v
● 较低的启动电流 (大约3μA)
$ [& M7 A) E4 ]% [
& I5 I! d% l. K3 F- V, P& Z● 全电压范围待机低于75mW

● 满足六级能效标准
3 c1 Q# t: o0 r
8 N2 j2 `  D5 d6 j● ‍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
9 B% A/ e& a& K. G, n  v- N1 g
● 内建频率抖动功能，降低EMI

● 内置65kHz开关频率
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● 轻载降低工作频率

● VDD宽工作范围

● VDD过压保护功能

" }1 e1 L0 W& o+ V4 m● 内置前沿消隐电路
  W6 l' d/ h1 \8 ?% D
1 P$ x# z' H8 y- _● 逐周期过流保护

+ B' [+ D& K/ Q! j- q● 内置过温保护
. H4 |0 u* M; ~( Q# E4 E( C
6 {! n& h+ W% Q; |' ^/ f6 F● 过载保护

● DIP-8L绿色封装

基本应用
% L6 p* G  r9 Z( _; H" G' N
6 N5 Y6 [; A; U* f! y: |6 U! Y9 o● 电源适配器

● 机顶盒电源
! z% I: I, p& d( G
● 充电器
! G- {: X+ T5 V: w" g* o1 G7 U
7 v6 @( r9 k7 s% x8 s● 存储设备电源
$ O8 o" \3 b' [" j* j: S- }5 r; M
- f) a4 d: B4 U  F7 d4 F典型应用

' j# {! ~) a# S" f  v: \

管脚排列

管脚描述

. P  D5 h3 y2 \) i5 b0 c! |8 d
* ?. A3 x" i( q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。
0 T3 s8 h' C% }+ e: k
, _8 R4 c, @$ G* a: Q2、样机特性：
! W# s' G7 ], R* i
( x" ]/ Z: U! o) O5 G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。

9 P8 D0 f4 Z4 a) x* |2.1、输入特性：

+ \. p* \, }! U: j2.2、输出特性(PCB END)：
  Y$ h; n( ?2 D" |
$ m& ?8 B2 g# u  T" [+ I& ^- @

2.3、整机参数：
# S! V8 _+ Y; u6 x$ ^  F4 ^. U

; a' l# e  M; c- I' ?4 K+ j1 x2.4、保护功能测试：

8 B0 f0 a' b' @2.5、工作环境：
- E* ^4 t9 e; B
% @& ?5 l0 ?6 P# I' ]+ m, E. x+ T) P

2.6、测试仪器：

+ f4 I, g. u; a4 k2 |% l3、样机结构信息：
+ y- K$ `/ I% {( k2 ~
' |# H5 M- V: M$ f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。
. N. T! L; v1 g5 {
3.1、电路原理图及 BOM：
* Z( ]8 M, X2 v) X+ V. u
( o8 D! t( L3 g: r$ [+ G. b3.1.1 原理图：

3 i, F- D  h! r. ^- Z3.1.2、元器件清单：
7 j/ K! K7 Y- @6 n/ m' r% u* E8 t
  D$ V. Q0 W/ a" J5 K

3.1.3、PCB 布局&布线：

PCB 顶层布局

PCB 底层布局

7 u( h; K; ?0 I( b+ L+ n8 Y6 z

PCB 底层布线

3.2、变压器绕制工艺：
: z8 N0 o  \1 Z: Q9 N6 d
3.2.1、电路示意图：
7 C  t! {8 c0 w) M! i- g7 Q# ~

5 z5 @& {3 B9 j: G- y

3.2.2、规格参数：
3 g/ y& H0 s  y) ?1 q' ~* [9 ~% S/ q
1）骨架：EE19W 磁芯加厚立式（5+5PIN）,Ae＝46mm²；
* Z+ i9 c8 ~( }5 W& D! L+ L
, t$ @0 k) X# h& d" G+ s2）材质：TDK PC40 或同等材质；
" n5 S  N! N% E; m5 D2 O. N# Q
9 P4 D7 i& M) O" K( l- w) ?3）N1、N2: 2UEW 漆包线；N3: 三层绝缘线；
9 u- |8 y/ C! y  @
4）次级绕组从变压器顶端进出线，磁芯接地
3 x9 a- O, v/ ^" M5 V
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）；
3 J% F& t+ a: q8 E" w( g1 u
8 f! L: U' @, u% h2 t7）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；
/ a/ S+ E9 w2 Z9 K5 J4 t  Q
& a/ |* w7 A9 a1 U" n. j3.2.3、变压器参数:
9 V  E2 \) W! o- q
1 [) f$ g$ Y; }; Z: u

1 D/ `8 i; E# W/ f1 H3.2.4、变压器结构图：

- p1 P! f* c  y  d- c% P3 p

4、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。

4.1、输入特性：
2 o; z8 i- m& A' ~. H
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

表 2 输出 100%负载下的输入特性

, p' }& R% ^% g2 o* i5 \4 A6 @表 3 效率测试（1.5M 22AWG Cable）

' K1 p3 L2 O: m! t: u表 4 效率测试（PCB END）
" u1 l$ A$ B0 a* I1 ^7 b: I
( Y: ~  j, n4 q' v

. ~) W6 e% B1 X- J2 ]& S6 S6 `表 5 能效等级评估（1.5M 22AWG Cable）
: }2 }" r+ n: t2 w; M

3 U1 O0 B/ A$ O! d4.2、输出特性：
; s$ Z0 e! n6 c
4.2.1、线性调整率和负载调整率: （ PCB END ）

4.2.2、输出电压纹波：
" _; u# [0 O7 `! D
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&N @ AC90V/60Hz,No Load

! ?9 t: F% w/ ^% L( V" p+ f5 c1 z5 g

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

R&N @ AC264V/60Hz,No Load

1 y1 H7 T( c: v4 w" Z

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

4.3、保护功能：
0 S' \1 ?$ i! U
* C/ }3 u( J! }+ F) ?' d以下涉及过流保护、短路保护的测试。
) U6 A6 K, P9 d  x0 F0 C
4.3.1、过流保护：
% J! g5 i3 e  A+ S, ^: v: n4 a6 f
3 ?: [% K+ k$ b2 Y, H. d( h7 j

/ n0 D' K  Y. l3 F& v9 E4.3.2、短路保护：

功率计电流量程 2.5A，开启平均值模式测量。

8 E4 D) t. f0 o
; R* t9 ?2 U3 C0 q3 r1 m5 z4.4、系统温升测试
2 D( M2 c) w% A6 L2 H
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。
! Y4 Q( v; I+ W" m3 r0 _4 ~% O

测试样机及配套外壳

温升测试：(℃)

+ S& K" z8 S2 P6 p) [+ s1 {' ]

2 L' x8 {! ]; r) n" j- O8 |5 `4 o! \0 C4.5、动态测试：
) F1 K% X: v8 E8 @0 l4 p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)
0 K# z3 }0 v! D( e  o9 D2 H5 ]
6 z+ s  v+ ?8 R5 p: s8 d1 O

AC90V 5ms

AC90V 10ms

AC264V 5ms

AC264V 10ms

4.6、系统延时时间测试：

' _& b0 O7 D; ^# p, ^

3 N4 \' f. G0 G. n0 p8 |

TON_DELAY  @ AC90V，100% Load

6 @% i% h3 J  m7 D$ A) w. [

TON_DELAY  @ AC240V，100% Load

THOLD_UP @ AC90V，100% Load

) M- n! a, O+ m7 Q( b1 a; k* @& H, @

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

4.7、其它重要波形测试：

2 A# o8 h0 ~0 s4 ~! jDRAIN（蓝色）端、CS（红色）端波形图：

AC90/60Hz，100% load

4 ]! B, Z9 [1 r" b0 V. j/ h

AC115/60Hz，100% load

AC230/50Hz，100% Load

AC264/50Hz，100% load

其他波形测试
" E8 S# f7 o2 H  d; a8 v3 g
; B. g. @/ M9 Z5 m

AC264/50Hz，100% load 输出肖特基电压

AC264/50Hz，输出短路，VDS VCS 波形

, P3 Y, e, o! z: Q5、EMI 评估测试

4 U$ n; k3 k3 s8 }! W8 Q+ Z1 v测试条件：
) n8 O8 K% X# g: x0 [" K- |
输入：AC120V-60HZ/230V-50Hz；
# v0 n% m4 _5 x2 X& j* r" G, p7 a
输出负载用大功率电阻；
" b( R9 ]( ~7 S, ^  Y
限值标准参考：EN55013、EN55022B。（辐射测试结果仅供参考）
3 V- K, I0 w9 c0 r" V

AC120V/60Hz 传导 L 相

AC120V/60Hz 传导 N 相

) F& L* n2 u! b

AC230V/50Hz 传导 L 相

AC230V/50Hz 传导 N 相

AC115V/60Hz 辐射测试

AC230V/50Hz 辐射测试