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

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。

. C9 c6 f+ [/ G6 O9 R8 i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。

  X* f* k* m7 R( ^* @: R1、样机介绍：
& R5 n  x) \' `( G7 \: j
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。

7 {3 e7 _7 [* q( I

CR5149TJ_12V1.5A工程样机示意图

CR5149TJ芯片
. Z3 _0 k9 g" B2 @2 B; f5 v
$ R) f; Y; Q% B# UCR5149TJ 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。

6 R4 V- }" A9 F2 B0 k+ @( j. n8 G特性
2 V9 Q1 P" n" b
; `: U; p1 i/ A) r# V, s● 较低的启动电流 (大约3μA)
* W. }0 W  P. |7 R
● 全电压范围待机低于75mW
# B  \3 b' \, n) _2 c5 L; b
9 F6 j9 }# `4 h  _% H4 C; Q& ^' t● 满足六级能效标准

9 ^9 j. E9 h$ a; z● ‍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
: r. }: @0 S, @% Q7 W% u: V
5 `( z9 C) v( z1 p, X5 X% _● 内建频率抖动功能，降低EMI
6 W: a; V+ Y' A2 W0 R% T$ u
- E7 b; O6 v+ J● 内置65kHz开关频率
5 x2 t% N& c* T* ?/ C. ~& Z% H
● 轻载降低工作频率

: M6 P% d3 u. L● VDD宽工作范围
- Q& Y) M: _4 X" h8 U' N$ [
, n1 G: }# g! q: T( [# m  ?' g● VDD过压保护功能
1 b% [3 y1 [( e& y$ q$ [" B! h
● 内置前沿消隐电路
9 o, z0 X* w) G
● 逐周期过流保护
; {. s0 T- c) D2 ]
● 内置过温保护

, Z+ d$ Y' E# ^: ^$ o6 a● 过载保护
- _% g( O( W9 Q0 _& j
● DIP-8L绿色封装
! l" F* M( L$ B7 H# I0 v% _
基本应用

● 电源适配器

$ E9 B+ L; R5 L% [; U0 E● 机顶盒电源

● 充电器
& M- _$ }2 g9 y: Y7 t* c  x
● 存储设备电源

典型应用
# `, {, S; ]) S% [" A, ?
# @7 d5 o, j: b( a" `

* C' M0 A' P9 J1 D8 [管脚排列
& V* N6 n7 C) [  _" O

管脚描述

: w0 r% e" E4 \0 @+ E# U

3 ?, F. d1 T9 I1 @6 w7 O# U* d' r" g
9 e- V+ Q' L6 w( x- f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。

6 h! m8 c9 F) u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。
, a0 U! {; }6 g4 E" [
! m" i! H& U; \, k- W' X4 e0 ]* a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。
$ C) n% x/ i% @7 ^- U2 f6 ^
2、样机特性：

  _3 f1 z* W8 F+ p4 s* U9 r1 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。
3 T2 `% L0 t& W7 e
1 k% U9 u# [6 B9 w2.1、输入特性：

$ H. u( Q7 ^' h- C) \2.2、输出特性(PCB END)：
* N8 e. c6 S& K% ?+ M$ ~) q
: G# k, I+ m! O3 O3 {8 r# G

2 m1 j; k7 x" U% M" S% J  n2.3、整机参数：

1 I0 @3 U0 c9 Y

* H5 c  ~, Y9 s* N0 }, M( S9 g' X2.4、保护功能测试：
! S+ [. l" h8 z8 ]5 e
+ ]8 h% u7 k8 E9 m

/ K8 E5 I. K0 A7 S2.5、工作环境：
, Z3 P( v( C/ n2 a

2.6、测试仪器：

9 g0 P, ^+ o- U) M' _# _

3、样机结构信息：
% |: u4 b! D& I8 I
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。

3.1、电路原理图及 BOM：
) }7 C% ?: U4 h$ D! g
* E+ n" j" P& d* z3.1.1 原理图：
: P! g9 L( I7 h4 d
; A5 b$ s/ V. Q% h6 ^6 v/ h

: P+ T5 w5 q- W4 j: `/ e5 D3.1.2、元器件清单：

. d4 c1 f2 h+ l  s# X

3 A6 e$ R0 C) E8 a2 c5 h3.1.3、PCB 布局&布线：

1 `5 p. u* k* B( u9 s" L

PCB 顶层布局

8 w( Z4 e4 X# I3 a

PCB 底层布局

PCB 底层布线

3.2、变压器绕制工艺：

% J1 U' d9 M% J7 d  z3.2.1、电路示意图：

; q5 }! F; E% d* c* w( Q

3.2.2、规格参数：
/ O# _- g$ j* V" w3 V" R$ a
4 ~& B  Z" ]( R9 z/ U1）骨架：EE19W 磁芯加厚立式（5+5PIN）,Ae＝46mm²；

2）材质：TDK PC40 或同等材质；
' m7 M" t6 e6 l) T7 ^
- r/ L& A& O# O+ z3）N1、N2: 2UEW 漆包线；N3: 三层绝缘线；
" W2 O1 v* y2 L
# Q1 F6 y4 L: u! L# j- g4）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）；
( c2 ^9 T1 P! Q5 G+ d& |1 f, R( _3 N# c
9 T6 l' c; ]) g, m% |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）)；

3 b7 W9 z- M3 g" |8）耐压测试= 3.3KV 5mA 1Min；
' D: S6 `5 r- ~/ d2 Q- w, j
9）成品要求:浸凡立水；

3.2.3、变压器参数:

+ v0 ?# `8 l0 {3 ^+ V

: G: m  N. t5 T: h) w6 V$ v3.2.4、变压器结构图：

. x. x/ H2 R( W0 b/ N& z

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：

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。
& O' ]/ }; ^0 m: G* S6 ?# o
$ f/ T  O. u! ^+ J3 S: w5 B% a表 1 待机功耗

+ M$ I  i0 P# ?, X

表 2 输出 100%负载下的输入特性
) h9 h8 L- {  \! w  U+ j6 m

& K' _) V; d/ \1 k5 W0 y表 3 效率测试（1.5M 22AWG Cable）
: ~" E$ |0 p! [; m* G' m8 o; ]/ [  [

表 4 效率测试（PCB END）

表 5 能效等级评估（1.5M 22AWG Cable）
; c3 E4 z9 T& S: R  d0 x% i' h- q- j

4.2、输出特性：
  c' ^$ @# \0 |. |. h: V
4.2.1、线性调整率和负载调整率: （ PCB END ）
( Z  G8 t% i/ A
" J# n8 S" [/ ]; @

4.2.2、输出电压纹波：

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。
0 C6 V$ U2 u9 N3 c% J

8 r- `9 v) ]; b+ d5 A: @

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

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

R&N @ AC264V/60Hz,No Load

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

4.3、保护功能：
) q  k7 q$ d- U
以下涉及过流保护、短路保护的测试。
+ D3 v4 `9 |# a% k
4.3.1、过流保护：

1 l& d6 a# ^5 b/ K  W+ a4.3.2、短路保护：
9 \+ H, g6 _1 v8 l
# I! N" G  ^2 G6 K9 ]功率计电流量程 2.5A，开启平均值模式测量。
6 [3 M' u+ C" _& K. g# k- u( J
/ u$ C" n0 f# T% s# ~  |9 \/ p) i

1 Z5 t' m2 ?; t! P: |
" ?5 s1 N9 P3 O2 A0 G  C1 }# F4.4、系统温升测试
3 }& A1 ^0 b+ c
# D2 L: F$ {; Z! d4 o) m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' u4 b( t, t0 `( l, u" N

测试样机及配套外壳

温升测试：(℃)

$ F8 _+ n! J2 c; g* h! V" V4.5、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

AC90V 10ms

AC264V 5ms

AC264V 10ms

$ L9 q2 a2 n2 K% v9 E; x4.6、系统延时时间测试：

5 L5 i, Z* v  i6 ?# k

TON_DELAY  @ AC90V，100% Load

" B. g( @* _- U0 |+ k4 y& U  }

TON_DELAY  @ AC240V，100% Load

1 P0 @2 p0 c1 e  d

THOLD_UP @ AC90V，100% Load

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

4.7、其它重要波形测试：

" R- o3 y$ s# U* }$ LDRAIN（蓝色）端、CS（红色）端波形图：
7 }/ i' t8 U  k& D" `) b. ?

AC90/60Hz，100% load

AC115/60Hz，100% load

AC230/50Hz，100% Load

! v1 J2 m3 g6 T+ b/ Y0 h  F

AC264/50Hz，100% load

其他波形测试

" ?+ \3 N3 p8 Z0 P( |

AC264/50Hz，100% load 输出肖特基电压

AC264/50Hz，输出短路，VDS VCS 波形

) H" w! |7 G% L( r" z% x, k5、EMI 评估测试

测试条件：
" g# H; Q! r7 P8 g; e
输入：AC120V-60HZ/230V-50Hz；
* t& @  ]# D9 ~& L/ y
, u8 X0 _; U+ Z3 i, X% }输出负载用大功率电阻；
5 O( Z& ^+ p1 a7 _8 z; x
4 s9 Q; ^, n* d1 N5 T限值标准参考：EN55013、EN55022B。（辐射测试结果仅供参考）
  C3 a/ W# T* }- P
- P8 A8 j. o* y; n+ a

AC120V/60Hz 传导 L 相

' G+ z+ V& V7 i  C! _& w

AC120V/60Hz 传导 N 相

, o' s: e/ v; b9 a) g& c

AC230V/50Hz 传导 L 相

AC230V/50Hz 传导 N 相

: F( j) W7 j7 H6 r. u& p9 z

AC115V/60Hz 辐射测试

AC230V/50Hz 辐射测试