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。
" R8 P: K" T5 u6 X0 m7 X
/ t, O2 k: w" s% \  L" n, A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。

( E6 m( Y+ G. I( u; a; o/ P1、样机介绍：
$ g3 B! e/ [! N/ @' w. [" n
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。
2 @1 o* L" j5 v" U+ h
* F2 G: k/ S2 X+ h% R7 ]5 ?

CR5149TJ_12V1.5A工程样机示意图

7 K! I4 \: I7 l  A4 J4 V5 BCR5149TJ芯片
7 K3 J1 b/ `; {
3 F0 P  E% \& A5 G/ e' _6 LCR5149TJ 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
# o$ {$ \, G2 L% o7 G8 ~7 X  f
● 较低的启动电流 (大约3μA)

5 P/ p$ c9 {! ]9 L● 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
* t, @' |. c. G9 W$ j  ?/ l7 M
● 内建同步斜坡补偿，消除次谐波振荡
0 ~8 o) M2 A. E: p" K# o
● 内建频率抖动功能，降低EMI

● 内置65kHz开关频率
* ^* `& b3 D9 w5 a% b! n
● 轻载降低工作频率

● VDD宽工作范围
6 C/ p' o, D6 z
5 b' C1 n( y; X- v/ h+ ~1 J  T● VDD过压保护功能

7 d* q/ c9 X5 O& b, B" B4 z9 F/ {* w● 内置前沿消隐电路
2 w# X7 P  c: [* r* J% e8 R" G- g
, }/ Z# q" _1 r0 [4 Y4 x/ ^● 逐周期过流保护
9 k- U* I+ @8 S3 B. H- e
* z$ `' H9 z4 _5 J● 内置过温保护
. a* n8 n; y6 _8 i4 O: P
) P0 V4 B8 f2 y1 o3 b$ N# d● 过载保护

● DIP-8L绿色封装

2 ~. l& ^/ A7 q' A: _) h基本应用
/ k' T' ?; T/ @3 E$ U2 f
● 电源适配器

● 机顶盒电源
7 F/ j3 q) a4 v6 Y' \- L( [
● 充电器
. w# {: F7 ?4 V, d$ W! J
2 q& \; }& G1 ~& A( T# l● 存储设备电源

% v% K' I  j" t; t3 B典型应用
6 i+ X, c, {) V2 A+ }) N$ M

管脚排列

管脚描述
7 P- u, G" ]8 L, {7 l; w
% N6 W9 r# h* e( e4 ^" G; z2 T, c

' D- ]% ]/ e7 w! y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。

+ t3 k/ l. ~( g# r4 H2 P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。
, @7 ]# {% X3 ?3 g7 v7 G6 C
: U  M& p$ `7 _4 N2 W; Q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。

: e2 {& ^0 |5 r2、样机特性：
4 G$ w4 o1 G! n" W7 a- i
- w1 L* j2 n3 k$ Y/ \! h4 f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。
: f& g% Z% [" S: |
2.1、输入特性：
8 K* p0 Z; r& U6 D

2.2、输出特性(PCB END)：

2.3、整机参数：

2.4、保护功能测试：

, M1 M- M6 A1 \3 Y) w7 K; F2.5、工作环境：
* P! U8 _; g* m- _/ G: F: p$ P3 |
( S1 K8 E0 b) g) a

2.6、测试仪器：
, M1 i# p3 D: [3 n  d9 w; r* {
9 n; e1 d7 J+ @9 @6 N2 [

3、样机结构信息：

6 \7 t( g: j& ^9 B8 R; H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。
& O  S% R8 ]6 {: ~
3.1、电路原理图及 BOM：

3.1.1 原理图：

, s; N# j% q3 k/ W7 |0 l8 I

3.1.2、元器件清单：
% M5 ^0 s2 `% H1 m
8 B, s: l; X$ V9 t$ s

3.1.3、PCB 布局&布线：
" E0 Q  F" J0 I6 t& j" O$ `# }
# z; g+ C5 H7 k6 e

PCB 顶层布局

PCB 底层布局

/ a2 O% g6 q, ~0 [* D* h) U

PCB 底层布线

3.2、变压器绕制工艺：
, k! \: G* H! z- a  o* u
3.2.1、电路示意图：
+ C1 `  J' h4 d( C* ^" d& ]

3.2.2、规格参数：
9 {! H1 P/ C  s2 i
; K2 c0 y7 K, q, T1）骨架：EE19W 磁芯加厚立式（5+5PIN）,Ae＝46mm²；

2）材质：TDK PC40 或同等材质；
* V' p0 j0 B; {4 \; |) z% J1 B
9 B1 A0 Z- u2 P) [# {2 o0 V3）N1、N2: 2UEW 漆包线；N3: 三层绝缘线；
' Z- r' E1 y, ]3 p
4）次级绕组从变压器顶端进出线，磁芯接地
5 z! [( p! o' _5 P9 Y
5）绝缘胶带:3M900 或同等材质；
/ E: j/ M: {7 K, ~" }
6）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）)；

4 V" I  o0 w6 x0 K# i9 R1 D8）耐压测试= 3.3KV 5mA 1Min；

+ V& D! i$ V* \" b) n9）成品要求:浸凡立水；

+ q; ?9 ?+ X* e& ~; z3.2.3、变压器参数:
$ c$ l# b& m  z! E
1 m3 m1 p. K) w

% x" K9 G6 p9 I2 w' J; A3.2.4、变压器结构图：

4、性能测评：
5 y9 a$ |7 q- [+ a/ ^  A9 y
8 n8 w7 H/ w7 [( P! ]9 |* h/ H% V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。

/ Z1 G4 k% o$ @* W! q  M4.1、输入特性：

+ q! s# r" Z' P8 I, M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
% n  M7 ^+ P; \, ~2 o
2 E! ]9 _- E  l3 p4 S

: U6 {! K) M3 I' v1 r8 x1 ~表 2 输出 100%负载下的输入特性

) l2 _$ c) J! y, M1 j

表 3 效率测试（1.5M 22AWG Cable）

( k" A$ Q! J- c- J5 f+ Q9 V: j

表 4 效率测试（PCB END）

' w4 V) U' X( M9 d# q  v- @5 S5 w表 5 能效等级评估（1.5M 22AWG Cable）

% A' r  m. R1 J. y4.2、输出特性：
, g$ f$ n# `- v4 i
4.2.1、线性调整率和负载调整率: （ PCB END ）
) s+ b- a$ N, A3 C2 F
4 ^* d! E/ t! h& j) n- a& F- l

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 m/ g. y9 p8 X' L9 Z4 K4 o

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

" R3 G; X  _9 s1 p: J$ \) [2 ?

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

R&N @ AC264V/60Hz,No Load

0 S) y' k. u/ Y) N; g/ K4 T

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

4.3、保护功能：
  c# ]; D' }# W3 m0 o5 T; H9 A
以下涉及过流保护、短路保护的测试。
) ]4 n* y% ]; w/ x$ r
4.3.1、过流保护：

# V6 u! k+ [1 M0 g% w% x# |' Z* \

4.3.2、短路保护：
: ~' y( s+ A( i+ Z% f' v+ L1 p
功率计电流量程 2.5A，开启平均值模式测量。
7 |8 a& Z7 `) F# t7 d/ s- T2 l/ K$ N

5 M. F7 r2 S4 R( o0 S' E; s# n+ p
6 b8 l- M" y& g5 T4.4、系统温升测试
* w$ c6 P( f- [" ^# W' K
0 ^7 W; E* [8 H+ \0 F3 k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。

测试样机及配套外壳

温升测试：(℃)

* i/ E: w; i5 y4 w7 Y/ p4.5、动态测试：
) s. `2 Q8 l1 f" y7 h' }- n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 x8 Z6 J3 {$ Y0 G

# |, W, ^. |2 u% }/ }+ N

AC90V 5ms

AC90V 10ms

# k# Q+ o" B8 F" X: C* g

AC264V 5ms

AC264V 10ms

4.6、系统延时时间测试：
( h- x- A, Q/ j
2 F; `* M& P  L

# F' O' \# u: P6 D) s' ~

TON_DELAY  @ AC90V，100% Load

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：

2 }+ J* p- Q( C, K* ~1 PDRAIN（蓝色）端、CS（红色）端波形图：
; d  z( h, d/ o. [
3 l" C, \! {. U. u

AC90/60Hz，100% load

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

. _, f, r% b: F$ N5、EMI 评估测试

测试条件：
5 N; r/ `& p& Y4 |
! r2 G2 G  ?! R7 w) }* V, K输入：AC120V-60HZ/230V-50Hz；

! }7 ]) V, ^+ p) m! n输出负载用大功率电阻；
! m6 F3 d) X+ g2 E# B$ k* t5 a& c4 E
限值标准参考：EN55013、EN55022B。（辐射测试结果仅供参考）
8 J; Q9 i( t. G+ l% e7 W

AC120V/60Hz 传导 L 相

AC120V/60Hz 传导 N 相

8 A( d9 M2 v6 A. Q

AC230V/50Hz 传导 L 相

AC230V/50Hz 传导 N 相

) m5 F0 b0 \' q5 r- l

AC115V/60Hz 辐射测试

0 c. `$ ]9 {4 @; |4 Z. S7 a5 d, ^

AC230V/50Hz 辐射测试