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

5 r' d' y0 H" _  Y
7 {" D9 x* ?9 W4 D6 |! ]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。

  G" h4 T1 G6 ~. |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。

1、样机介绍：

0 Y3 P* }+ |% C' `" r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。
* N5 s& g$ @5 ?9 Y5 O6 {
0 F3 E7 q+ W/ z5 x

CR5149TJ_12V1.5A工程样机示意图

! Z% \+ {  |- b. TCR5149TJ芯片
4 R3 [- {0 i. T
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

● 较低的启动电流 (大约3μA)
# D* D; [/ y& t8 z; D/ b
● 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
) `0 W) J8 x) A5 e6 P
● 内建同步斜坡补偿，消除次谐波振荡

# ~8 I1 s9 x) |# c+ Z- ^● 内建频率抖动功能，降低EMI

, V: |) \% {- V1 b  i● 内置65kHz开关频率

● 轻载降低工作频率

● VDD宽工作范围

- t% C  i  M$ L! l$ H3 g& o' p) ^● VDD过压保护功能

● 内置前沿消隐电路

2 u5 x4 \/ w9 [; [" q; j' ?8 O! s● 逐周期过流保护
! }, r4 O+ Q4 O8 q0 V2 X- z
● 内置过温保护

# N! m( L5 w' Z6 N& D! [● 过载保护

● DIP-8L绿色封装
% `% @! C: B3 M3 b9 Y7 s4 X0 N" E
9 b& i4 Q$ O& E7 v3 [. N- S3 T基本应用

/ h& c+ S! B$ W8 u& w● 电源适配器
5 m+ j  K; l5 G) r' Y0 ^& |5 w- p
/ ]/ t- X9 E$ f● 机顶盒电源

● 充电器

3 q( F. |- o. U● 存储设备电源
0 u/ D- b+ f5 \/ J4 `4 L' c
典型应用

# f$ \- g/ }6 o9 C, W1 s3 h

, p" a% _6 I- Z7 w" l! S管脚排列
4 T6 ~0 \$ R1 o$ R; N! v

管脚描述

4 s/ W/ A7 P2 }; i1 g" z, m
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 j, f6 `4 j- L# L# x" b) 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。
9 c# V  M8 }2 Q- T" H: V+ _
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 a& C3 e( G& `# c2、样机特性：

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。

! |7 |% L9 X" S  i3 _' E4 P& o2.1、输入特性：
. w/ v- W' T' v

2.2、输出特性(PCB END)：
' y6 n# M) l7 [% ]/ o) a% G

2.3、整机参数：

2.4、保护功能测试：

2.5、工作环境：

( m" c2 ]- B- R* w/ }+ ?  f

2.6、测试仪器：

* V+ h- l6 Q  K3 C3、样机结构信息：
5 m. T1 E  H$ w! z9 _/ e, e! D# @* q0 H
" K2 t' y( Y- P1 z$ M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。

6 S% C7 Z) s7 @" g2 D! {3.1、电路原理图及 BOM：
7 D) q1 v' _6 s+ s7 h, a
* w' U5 a/ @% ~( z4 `; f' {# U3.1.1 原理图：

3 f  q+ l, j( d  l6 J, J. Z

9 y" b' J; V6 S/ y5 ~3.1.2、元器件清单：
% k& q6 |3 F8 ]* Q8 L+ H
: O- f0 ~; F$ q/ z- E$ Z' D0 V

3.1.3、PCB 布局&布线：
; g7 j. J, ~* w+ M* i( t* G
0 M! k9 M# \: f

PCB 顶层布局

1 l( D. V" ]; D8 }# i; T7 q) [

PCB 底层布局

4 g6 T' X$ E2 {" O) p, L& D0 c% I* M

PCB 底层布线

3.2、变压器绕制工艺：

3.2.1、电路示意图：
# p! B$ y5 p, H3 R; ?/ j

3.2.2、规格参数：

1）骨架：EE19W 磁芯加厚立式（5+5PIN）,Ae＝46mm²；

) F- a0 V( [8 B) X; w2 A! I4 Z- ?2）材质：TDK PC40 或同等材质；

3）N1、N2: 2UEW 漆包线；N3: 三层绝缘线；
: _9 k: w3 {" ~* j1 K
4）次级绕组从变压器顶端进出线，磁芯接地

  k: d# H4 N% N7 Y$ x5）绝缘胶带:3M900 或同等材质；

9 F" W2 A% ?( T1 W( h$ H, s6 V' J6）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；

( |7 X4 n" Z! b9）成品要求:浸凡立水；
5 V- Y( w" M% V# m' ?
3.2.3、变压器参数:
4 D4 s& h- }6 X/ Y' j1 R# u
2 {, K# L3 M2 p, [! v) B

8 {; K6 T/ Q- X4 ~  `+ V, a0 y3.2.4、变压器结构图：

4、性能测评：
+ v0 C4 d( W; x! p
5 B# X- u. C0 m+ `, r: \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。

9 R: S( O3 f2 a5 C2 l( Z4.1、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。

表 1 待机功耗

# {% u* a" H# Q9 L  Z6 X* D

表 2 输出 100%负载下的输入特性

7 ~. E% w9 a. Q% Q- V/ G& @! T

% }; b) A5 [1 B+ p表 3 效率测试（1.5M 22AWG Cable）
: n4 N; m3 H0 ?- J2 F4 x& H' }( _1 Z/ `
' Z- t: C6 u4 n5 d

表 4 效率测试（PCB END）
9 j! g9 \3 s, b$ v5 {1 W* \9 Y1 a
. [. z+ a: x; T* c- k4 V

$ o' O0 n& X1 y, X. D表 5 能效等级评估（1.5M 22AWG Cable）
4 K' l) j0 d6 ~! p2 g

4.2、输出特性：
; U7 \" q3 e1 E! Z4 Y5 D
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：

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

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

0 {9 j$ d# \) d1 r, N$ b

R&N @ AC264V/60Hz,No Load

+ L5 H4 h# z, M6 t5 H

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

( b4 ^7 [; ?4 k" z6 p5 R3 v. U% t- K4.3、保护功能：

以下涉及过流保护、短路保护的测试。

* z* ^" ^1 R& v- E4.3.1、过流保护：

3 y7 y) }  g+ ^& f

4.3.2、短路保护：
1 L4 v! c5 m$ e2 K7 [/ M: u
: K2 e  K( S3 ?. T: ~* w9 w功率计电流量程 2.5A，开启平均值模式测量。

; ^1 u: z: w- S# s# v# {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。
0 i& f7 J7 v; p. B0 N6 {
( J2 X! ?: k+ }% C' F  D9 u+ b

测试样机及配套外壳

温升测试：(℃)
5 e( h2 @4 j  a: Y8 K# _
0 A* L) {" H. c3 `$ X+ k

4.5、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)

' s: O' U# Y, C

. c6 R. i, a" v$ S

AC90V 5ms

AC90V 10ms

& A; l9 w8 \7 Q5 \

AC264V 5ms

AC264V 10ms

- ?- Y* H3 Y, _) J4.6、系统延时时间测试：

% B8 \% N0 t' H7 d! g5 b) U

TON_DELAY  @ AC90V，100% Load

; G8 d* G. H+ b( o! Z  U

TON_DELAY  @ AC240V，100% Load

THOLD_UP @ AC90V，100% Load

/ b8 |& v- Q* U  X( o2 K9 o

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

4.7、其它重要波形测试：
  D, k1 M4 j' b
DRAIN（蓝色）端、CS（红色）端波形图：

( k) |. [! _. f* n) V

AC90/60Hz，100% load

% J8 M  |% O& R+ f& W  T1 K

AC115/60Hz，100% load

AC230/50Hz，100% Load

AC264/50Hz，100% load

其他波形测试

AC264/50Hz，100% load 输出肖特基电压

AC264/50Hz，输出短路，VDS VCS 波形

7 J# {% Q0 u& F& c8 x' S5、EMI 评估测试

测试条件：
* `, p- u& c' ]/ b, D) m
( G) m6 l/ J: L- I, l6 Z% z输入：AC120V-60HZ/230V-50Hz；

' i. W# @6 `2 u" |, i% I输出负载用大功率电阻；

/ M$ j2 p- ~& {! I" V( N限值标准参考：EN55013、EN55022B。（辐射测试结果仅供参考）
3 E1 ^4 F! `# e: Q$ N
8 t% o2 n- l$ ~

AC120V/60Hz 传导 L 相

AC120V/60Hz 传导 N 相

AC230V/50Hz 传导 L 相

6 p  V, p& i; d( u8 C

AC230V/50Hz 传导 N 相

# t  M! d9 P! S- m

AC115V/60Hz 辐射测试

* J- F* S! @5 k5 L( B" V- X9 _

AC230V/50Hz 辐射测试