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

$ P1 P! s) m' d
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。

. r) V0 c  ]; s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。

" I% r" x, K* y7 X) b1、样机介绍：

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。

0 j& S1 ]: ], k& v

5 ]( Q2 |" j5 E/ o

* B% {  I2 @% W' f

CR5149TJ_12V1.5A工程样机示意图

CR5149TJ芯片
( V) q& X. d( O* T  Y
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。

% f4 |" l5 u. A+ E% g& Q特性

) z# s" j  s% Z& O2 s) @& m● 较低的启动电流 (大约3μA)

6 i+ w! ^. [  ^7 G5 f. E● 全电压范围待机低于75mW

● 满足六级能效标准

● ‍内置软启动减少MOSFET应力
6 h% a# B2 t2 h8 E! q( R2 l% n
# |4 r4 n( M* L( B# J● 内建同步斜坡补偿，消除次谐波振荡

● 内建频率抖动功能，降低EMI
' [# u2 o6 x% l& J& i. @! O/ y
● 内置65kHz开关频率
( Z* k8 c0 l/ ?
● 轻载降低工作频率
, _0 V* s/ X9 S7 j
● VDD宽工作范围
6 {  {- A/ \6 p% `$ `
' F& b" b8 B8 T* }( H● VDD过压保护功能
; ?' T2 |" j5 J- p7 R5 v
+ a) }$ T3 Q5 f) Q. }) m6 x● 内置前沿消隐电路

% M4 C2 Q5 j: o' t* e● 逐周期过流保护
7 _: c4 _) a5 b- L: u6 c# h% k
● 内置过温保护
+ D3 e8 G% ]' G+ O5 b, K
● 过载保护
* V0 V3 J( E- j# G1 l
● DIP-8L绿色封装

基本应用

" }. y+ R0 R! ~4 b: \● 电源适配器
( v6 z7 M: }0 x
● 机顶盒电源

% n! ~& T# a' ^7 w7 D● 充电器
- p3 Z! @: J4 V: k$ }1 Q
● 存储设备电源
5 g2 W+ r* M- y
典型应用

管脚排列

管脚描述

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。
9 O7 _2 O8 y4 l" B
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 T2 V8 h9 U; M& ~& _& K( X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( P! ^( y) u8 L) L: T( U! g
9 q& c, t0 ^. b& ^) b0 n0 }2、样机特性：
  q# P8 H, ^3 B8 }- @! `( i7 _
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：
4 D+ i* B' F; N

% i+ u. x: j9 ~/ B5 w2.2、输出特性(PCB END)：

2.3、整机参数：

0 Y$ v0 Z, ~: o+ p% ?$ |5 ~5 R7 P

2.4、保护功能测试：

2.5、工作环境：

  b* |  A1 U3 D0 d% O4 B# c

2.6、测试仪器：

& k6 E. R- y; Q/ b# {3 G# y& e9 r

. ^  H4 `: n7 V7 p+ S+ {( O3 z3、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。
% c; L2 C4 {( s3 x( ^. P! o: m
3.1、电路原理图及 BOM：
) m5 h$ q* V' W6 j5 Q
3.1.1 原理图：

3.1.2、元器件清单：

3.1.3、PCB 布局&布线：

" N) U% Y9 \3 ^6 b

PCB 顶层布局

PCB 底层布局

9 ?" o2 {" ~" @& @+ ]% u2 T

PCB 底层布线

3.2、变压器绕制工艺：
/ ~/ Y1 l8 ^$ }% l
3.2.1、电路示意图：

2 z) {) ^8 x3 W

3.2.2、规格参数：

1）骨架：EE19W 磁芯加厚立式（5+5PIN）,Ae＝46mm²；

2）材质：TDK PC40 或同等材质；
& l  h' g. C8 w+ c% m6 _) @
3）N1、N2: 2UEW 漆包线；N3: 三层绝缘线；

2 Q. C0 r0 j: N' s/ l  ]5 x4）次级绕组从变压器顶端进出线，磁芯接地

6 c0 m1 x! X7 a; }5）绝缘胶带:3M900 或同等材质；
% Z& Z, W1 B8 T; K
6）初级绕组感量 Lp：1.8mH±5%（测试条件：0.3V，10kHz）；

! {( C) Z, X  o1 \5 h& ]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）)；

" j. {, _2 `) C/ B6 Y/ z8）耐压测试= 3.3KV 5mA 1Min；

% N2 r$ N' l2 U6 l4 u, F9）成品要求:浸凡立水；

+ {. Q$ a0 L( @$ Y+ K/ \, P3.2.3、变压器参数:
4 a- T  s2 V9 i5 r, w2 k

% k# Y1 r  O7 Z5 O; U! B3.2.4、变压器结构图：
9 u* T. l! J" h
4 x7 n3 h7 J+ A2 U2 I

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 n9 l" ~8 Z9 B( B1 Y
. x4 S+ O+ ?/ M0 `3 c# g4 T4.1、输入特性：
; j4 J5 s+ q* q. t
, ~4 i& T6 r) m. u6 e+ t/ \4 V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。

$ F  @" M5 ^- w5 r# S  U: U8 \8 U  U表 1 待机功耗

7 R6 I9 @1 e, {! U( X" P0 o

表 2 输出 100%负载下的输入特性
8 P8 Z+ t$ f- l- Y$ S- H
' E9 b1 r5 f0 A* a' u2 J

表 3 效率测试（1.5M 22AWG Cable）

表 4 效率测试（PCB END）

2 e  p9 B- i, ^% _1 @表 5 能效等级评估（1.5M 22AWG Cable）

6 l" ^2 \, x( J. E# U: W4.2、输出特性：
8 e( g# Y, s3 _0 v) m" q1 ]
# S/ \# i& T3 I9 E- Q; v. F4.2.1、线性调整率和负载调整率: （ PCB END ）
; S5 B; a+ }. Q# Q) Q' H# A) a

% H! P- q) X, H$ u4.2.2、输出电压纹波：
( W" {+ U6 L/ H& v# t( ~1 M3 `4 c
* v  K/ @) ~/ @5 c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。
6 j1 L1 N0 E. u0 B: `/ i6 @

9 f& s0 u0 R- J

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

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

1 ~# j, N0 R1 L8 k

R&N @ AC264V/60Hz,No Load

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

7 ~! f5 |0 O/ s) A, a  P+ \. e2 l4.3、保护功能：
' P' W: o% B9 |) r
以下涉及过流保护、短路保护的测试。

4.3.1、过流保护：
. K% g- a6 v) e2 A# `! A

: E8 N  R, D2 e1 x% m' B+ V* f5 i4.3.2、短路保护：
: B+ t0 q9 w  F/ K) Q7 Z9 K: f' q
功率计电流量程 2.5A，开启平均值模式测量。
( ^; B+ {* ~" i

. B5 w$ M; g2 }# Y, y5 J4.4、系统温升测试

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。
! ]6 u  T6 O- l0 B

测试样机及配套外壳

温升测试：(℃)
" _6 y7 g1 ?$ i( F* e6 `; n! E
, m0 \+ C: T8 Q/ }/ W3 I3 v" I9 C6 o

4.5、动态测试：
: Y$ g8 z5 @- Y1 y2 H9 D4 q7 |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)
; W, z  e; B) g4 a$ @8 D6 z
9 f3 |6 h/ F  p- d4 i$ I* S) ?

AC90V 5ms

( d, N2 d7 I( J

AC90V 10ms

: f( B9 f2 B: h: f

AC264V 5ms

AC264V 10ms

4.6、系统延时时间测试：
0 Q& |& A6 w3 e+ n% T
/ c$ b7 i( B) B/ y4 S

TON_DELAY  @ AC90V，100% Load

4 a" k* N+ n! V6 W

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：

' F6 ?" t* ?0 p# CDRAIN（蓝色）端、CS（红色）端波形图：
9 C: Q! _& e4 h/ c2 c- ~( S% t5 {

AC90/60Hz，100% load

* E9 B+ z4 Q, f' _& \

AC115/60Hz，100% load

! H7 o) n( F; I' v

AC230/50Hz，100% Load

; T8 C* b# e9 n7 d! i0 f

AC264/50Hz，100% load

其他波形测试

4 V4 C  X+ p# N0 n) `9 B9 u

AC264/50Hz，100% load 输出肖特基电压

AC264/50Hz，输出短路，VDS VCS 波形

5、EMI 评估测试

测试条件：
% n  U( R9 E" C, ?6 l
# I! U* _. I: x4 i* N- j输入：AC120V-60HZ/230V-50Hz；
7 [) V5 c5 F; {; }: D: r
输出负载用大功率电阻；

: r: M5 A- H3 o5 q- k; |' u限值标准参考：EN55013、EN55022B。（辐射测试结果仅供参考）

7 ~) G% ?/ k8 T7 J- s/ _2 H

AC120V/60Hz 传导 L 相

, c5 N+ D3 a, g7 I/ u% z

AC120V/60Hz 传导 N 相

8 H0 H2 G- X; W- f% {9 W

AC230V/50Hz 传导 L 相

AC230V/50Hz 传导 N 相

$ ]( V0 |: Q; L. F6 n7 B

AC115V/60Hz 辐射测试

2 J" I" x- @9 B: O) G! v

AC230V/50Hz 辐射测试