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

- \9 I8 O# ]0 P+ y
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。
- u/ T, G# u/ {# a0 ^9 i& Y
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。
( }- Y6 y8 _1 H) \" a
1、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。

1 s$ M: @3 L1 t2 `" R

0 V  L) |; n- k

7 m' l0 p# F1 B! d: w3 A$ G

CR5149TJ_12V1.5A工程样机示意图

CR5149TJ芯片

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。

5 r, S+ p# _: |8 n1 C- ]: M特性
! k( b% p" v0 u0 w4 p2 o
● 较低的启动电流 (大约3μA)

! D$ y; \/ ?! ?1 |  D- m1 ^● 全电压范围待机低于75mW
0 I) |# K/ b5 D3 Z: g
0 ~3 G: b7 T/ @$ U+ K/ e0 B● 满足六级能效标准
- Y5 A# C6 t. k/ t7 a& B
● ‍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
: A' B; y' x$ ~* D
● 内建频率抖动功能，降低EMI
! o5 @1 b  Q* \* ?/ C
● 内置65kHz开关频率
4 Q3 P* Q& n8 H: d. S1 {. G
● 轻载降低工作频率

7 N$ d, J$ C: n1 E● VDD宽工作范围

● VDD过压保护功能

( L; g- _$ P. r/ H● 内置前沿消隐电路

● 逐周期过流保护

● 内置过温保护
# t& U+ l* G  i3 k# r
" P4 N2 u' B# Z3 `* p● 过载保护

, ^7 R; A, U2 K6 e, W● DIP-8L绿色封装

基本应用
7 x! z% _, k# U/ ^' y
● 电源适配器
( T) y1 A5 P  F' O  J
● 机顶盒电源

* y1 N7 Q% b' w% O( l' j● 充电器
7 t) s4 t) A5 u& L
3 H3 Z. K' E' y) H1 a) d# ~. L● 存储设备电源

* E- u: Z; c+ S典型应用

# }* Q$ G& j, v! S: v) W管脚排列

管脚描述

# v- {- Y4 I+ n4 l% a  @% 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。
$ b- j$ e5 J* E  c& f
: W  }8 [" ]4 j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。

3 X( f2 ^4 {  }% T0 q  Y! t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。

( H* [% t5 E6 `/ M) I! b& O2、样机特性：
0 b2 }* @) ^3 P. K2 P) C: `5 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。
4 \) }# l: ]! S7 ?  F
2 `5 D  {8 Q( Z. O$ {2.1、输入特性：

. ~7 w# r7 ^0 |& w2 d6 L# g' x$ d2.2、输出特性(PCB END)：
/ g4 ~% w& ?/ V0 O# Y! y9 M

" e  M7 z+ I+ q; a, ^; i4 C+ Z2.3、整机参数：
( P! I& c% v. W# H& S

+ ^% C8 Q9 R, h. B# p9 P2.4、保护功能测试：
2 ^* `: ~1 u& f6 s, J
+ A0 b% k; M* j3 J$ W+ ?$ n  W

2.5、工作环境：
3 m- R- ~9 U3 A: u( x8 h
  U  g. u( Y% H9 e7 L( m) X

2.6、测试仪器：
- {6 s  {- y2 l1 \: m
( \; Q% o" _# |1 _1 K( u( [! P' E

4 h+ @. o2 g9 W" b: u, b3、样机结构信息：

* F5 J- U& Z1 p$ D8 x- I1 _' d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。

' P- R$ y# F3 Z( W6 T" M* P3.1、电路原理图及 BOM：
9 Y8 ~, y0 Y* b/ G3 B2 p9 v
3.1.1 原理图：

7 f3 z+ n4 p8 s/ q7 k. J3.1.2、元器件清单：

; `( |& i! s( ~* b3.1.3、PCB 布局&布线：
" J7 C! [0 {( Y' v
: L3 p( ]0 z1 l

PCB 顶层布局

PCB 底层布局

PCB 底层布线

3.2、变压器绕制工艺：

/ W  `/ Q3 e$ K5 F8 ^3.2.1、电路示意图：
. j. m) \: Y- {
1 S2 R; }; v' V* b1 M
0 Y9 y& R4 s2 n9 }8 ~

3.2.2、规格参数：
  C, U5 T, g# i; E, T, c5 k
! b/ W, T& Y0 I7 w4 }6 }1）骨架：EE19W 磁芯加厚立式（5+5PIN）,Ae＝46mm²；

2）材质：TDK PC40 或同等材质；

8 ?& L/ D6 f1 Y- r( J* _3）N1、N2: 2UEW 漆包线；N3: 三层绝缘线；
  A# L. v' w7 Z- O7 q! w! h# P0 \1 o
3 u. n, x# X" j4 B, y( h4）次级绕组从变压器顶端进出线，磁芯接地
) r# a. Q6 x  l0 G- e3 [
6 s0 ]7 Y6 w7 W" M+ o/ o2 p( \5）绝缘胶带:3M900 或同等材质；
  A, N- e7 D' a" u5 @# f/ Z
6）初级绕组感量 Lp：1.8mH±5%（测试条件：0.3V，10kHz）；
# v$ _, d1 P& i9 Y" v8 H/ Y
( J8 q9 O; ^# D8 r1 H7）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）)；
% `1 Z1 n  L# U" _3 x' E
* m: W" M. m/ w2 p( J3 z' R1 S8）耐压测试= 3.3KV 5mA 1Min；
" d. Z; c/ a, S/ T3 r/ J, Z
/ e$ a' k7 \9 V# X5 E* v' B' X9）成品要求:浸凡立水；

3.2.3、变压器参数:

3.2.4、变压器结构图：

4、性能测评：

- g0 @9 l( k  P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。
) \. @  ^) g* B
4.1、输入特性：

- z: n  J( q0 K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。
/ t1 |% e; s7 Z% D
' G4 |" g' {  J: y5 R表 1 待机功耗

1 X5 Q- _% m4 Q* R1 j8 N2 W

表 2 输出 100%负载下的输入特性

8 W( X7 {- L9 l% C+ D

* y7 u3 C: h! r: L8 F, T2 c表 3 效率测试（1.5M 22AWG Cable）
/ b$ r2 E4 d9 d4 m$ u- P

表 4 效率测试（PCB END）

6 R5 e0 C# i# g% A表 5 能效等级评估（1.5M 22AWG Cable）
% p7 P( d7 X* h! w$ d

4.2、输出特性：
4 }) m6 s& L3 L7 D# Y( P: ?8 J
& T! [9 }; I* b, I& d6 @4.2.1、线性调整率和负载调整率: （ PCB END ）
. }4 j& S7 ^& \1 Q/ g

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。

( \8 @& P0 Q! c: ~7 c

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

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

" z$ r, P* A  s# n, I9 l

R&N @ AC264V/60Hz,No Load

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

' |1 @. \" a( q4.3、保护功能：
. ~7 X9 ?8 [1 K4 r! W
; {) S1 _7 R! L/ Z1 b. C5 r+ N以下涉及过流保护、短路保护的测试。
, _8 i* F% r& f& N2 s# n
& {" x6 Z' s# ~" _) `8 O% a2 L% K* ^4.3.1、过流保护：

3 Z% ~' A  `9 L# P' h5 ~. I, t' ^4.3.2、短路保护：
! u+ `7 r) n1 l7 \, W. a
功率计电流量程 2.5A，开启平均值模式测量。

2 v% c5 J* B# k+ N

& f  Z. `3 T4 f
4.4、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。
1 p+ b6 d: ?2 p  F9 x  U' t

测试样机及配套外壳

温升测试：(℃)

5 B2 f3 Y) T5 u' ?1 o; W* {+ ?) f

0 J( |# p8 l- e6 z4.5、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)
* c* n/ q# d. j+ J( N/ d5 z( b7 R

AC90V 5ms

AC90V 10ms

AC264V 5ms

AC264V 10ms

) m2 B  y% |8 z" v5 U4.6、系统延时时间测试：

TON_DELAY  @ AC90V，100% Load

TON_DELAY  @ AC240V，100% Load

' {3 R7 S  l1 ^, E

THOLD_UP @ AC90V，100% Load

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

, ~& ?! \! ~# f3 p5 c4.7、其它重要波形测试：

DRAIN（蓝色）端、CS（红色）端波形图：
# Q0 ^. I( A& ^" x5 B% ]5 Y

AC90/60Hz，100% load

AC115/60Hz，100% load

AC230/50Hz，100% Load

AC264/50Hz，100% load

其他波形测试

% X0 o' l' M2 `4 b& t

AC264/50Hz，100% load 输出肖特基电压

# r: y/ m+ s' ~4 l& f" K& A

AC264/50Hz，输出短路，VDS VCS 波形

5、EMI 评估测试

6 B3 j& Z( O0 M# f# S测试条件：
2 o! d; O! z2 Z/ [% }. T( [7 z
输入：AC120V-60HZ/230V-50Hz；

+ |9 u0 D: B+ L4 U, ?: \输出负载用大功率电阻；

限值标准参考：EN55013、EN55022B。（辐射测试结果仅供参考）
+ f7 d8 z0 v1 ^' t! h( h7 _
3 p' P: J' v6 f( R$ d% [# [

AC120V/60Hz 传导 L 相

, X5 p1 x: |9 Q, V; ]* D

AC120V/60Hz 传导 N 相

AC230V/50Hz 传导 L 相

* X; D5 I7 [+ t7 q  {

AC230V/50Hz 传导 N 相

. e1 a/ I% w9 I7 x- W2 Y4 W0 J' N

AC115V/60Hz 辐射测试

AC230V/50Hz 辐射测试