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

& y8 ~: I3 o/ L; k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。
* S- y: S; A' T4 O4 T
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。

. ?, R- p  J+ i2 v' O1、样机介绍：
0 g1 A4 n8 O: g& p% G
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。
8 d' g/ G6 G2 \  T8 P

2 ]( r6 Y+ f& e. l0 i% V

* j# T; S! x6 `3 s0 N1 a

CR5149TJ_12V1.5A工程样机示意图

CR5149TJ芯片

( u9 c1 F. F2 i6 o- }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。

- S& z- C6 @. t7 X/ C" n* ^特性
: U2 W$ M% W8 C
7 d  a7 r& T1 I5 b● 较低的启动电流 (大约3μA)

- n, V6 T9 ?# v/ J+ w● 全电压范围待机低于75mW
8 S: e3 Z+ d; ]7 y
: r- p% k" R, Y+ P1 g8 p● 满足六级能效标准

● ‍内置软启动减少MOSFET应力

" _  ~* m) _7 v7 H● 内建同步斜坡补偿，消除次谐波振荡

! f/ M; L6 x. O* \: O/ `● 内建频率抖动功能，降低EMI

● 内置65kHz开关频率
4 x) L: z1 h; i1 v9 d
. E) H8 a- z+ H9 L● 轻载降低工作频率

& m& Q# @) \1 Z: K7 q1 N● VDD宽工作范围

● VDD过压保护功能

1 [$ l3 s( x( J8 _  ]# `- G+ s● 内置前沿消隐电路
6 |" g: ~0 T3 s  P. x" ^
● 逐周期过流保护
6 U. |+ d: ]9 r/ F* R( Z
● 内置过温保护

● 过载保护

7 R5 ?2 b& e+ d; w1 K● DIP-8L绿色封装
' @3 N2 m: Y  l
, [( |+ C4 y3 h& y基本应用

5 t* c% G1 w! l2 Z! ~4 I7 |9 ~● 电源适配器
! |7 m/ r: {& a! ?- ^% L
● 机顶盒电源
" A+ j* Z( f: ^  {
● 充电器
8 p$ D$ b9 X- ^/ c
● 存储设备电源

典型应用

管脚排列
$ g3 C! a0 _, D3 f' _  o/ a

管脚描述

, A% f2 H5 _& @, C: c
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。
% A  z7 G6 o, v) J; j
. n6 `" }, `% ]" _9 N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。

  y( a: G# v0 Z, \+ \' a) l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。

( E, o8 W: ~, l" d7 _& ~( H6 E2、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。
/ X4 M& u5 @  Z$ C1 T
2.1、输入特性：

2.2、输出特性(PCB END)：

* H6 m. Y7 O/ I$ I+ N- T) Q. \+ n2.3、整机参数：

+ V1 G. V4 z  v0 C8 U9 D1 w: {  p7 p

6 g  o8 g9 z, m: j: C2.4、保护功能测试：

3 [4 [( I! @0 s3 c6 M$ x

2.5、工作环境：

+ f; I5 S! b) }

2.6、测试仪器：

3、样机结构信息：

# h: D( F5 t8 E, W6 ~' _+ j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。
" M7 @. C/ |: B  b, _5 O1 {
3.1、电路原理图及 BOM：
7 l& X" @5 A0 ?8 `3 i
- c. {5 U! t/ ~' }  r* f3.1.1 原理图：
' u" h) g: q6 v# J! K; |* p
. a* e( p, m$ n

3.1.2、元器件清单：
# e: P( T. `# r1 v
7 T6 ?$ J: `6 q- Q1 D2 E

- @2 I$ ]- M" F- m6 Z$ J9 ~3.1.3、PCB 布局&布线：
1 g2 o% b; \+ c* y  J3 P- b3 c
* Y- g( J* V8 N5 X5 d% J* X

PCB 顶层布局

PCB 底层布局

+ R2 o! p8 j( B! N# v/ V5 }5 j

PCB 底层布线

5 k( i' r6 E$ B' L3.2、变压器绕制工艺：

3.2.1、电路示意图：
& _1 `. a1 {8 s+ r" ?" @/ j

; K; i6 R4 V; t3 Y7 j

3.2.2、规格参数：
" H" [' A- W/ H3 U2 O
3 ^! F4 Q/ B, C+ o* P+ Q1）骨架：EE19W 磁芯加厚立式（5+5PIN）,Ae＝46mm²；

2）材质：TDK PC40 或同等材质；
( n9 J3 c. _: O5 Q$ O- V
+ @" L# ]; K7 M/ m3 E" o7 B% ^3）N1、N2: 2UEW 漆包线；N3: 三层绝缘线；
2 G2 f5 b( d2 q. K" y0 K
/ {( {+ s) j; v4）次级绕组从变压器顶端进出线，磁芯接地
0 T( M; y$ @) o. V0 U- c
5 i/ L. G  G& J9 v5）绝缘胶带:3M900 或同等材质；
7 ?; Q" }  T0 o. i% Z
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）)；

8）耐压测试= 3.3KV 5mA 1Min；

9）成品要求:浸凡立水；

3.2.3、变压器参数:
4 b6 W: }! [' Q/ }+ H
+ X5 z# [2 S, V. U9 ]1 |0 m+ R

3.2.4、变压器结构图：
4 K2 n- w3 e8 R1 V

4、性能测评：

/ B3 x4 G! a  F9 \3 @6 m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：

; `8 o' }# S6 ^. Y  Y, C4 F- 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。
6 `3 O5 G) A  p$ v
3 }& t- S' d" @* J4 Q表 1 待机功耗

2 Q9 o; k$ Z$ _

表 2 输出 100%负载下的输入特性

4 n( G$ A6 @9 b* g

表 3 效率测试（1.5M 22AWG Cable）

5 h; y% _3 M. t

" {' ]* w3 P' l" A5 M1 J表 4 效率测试（PCB END）

表 5 能效等级评估（1.5M 22AWG Cable）
, O0 `* e) v; f- d

4.2、输出特性：

4.2.1、线性调整率和负载调整率: （ PCB END ）

0 J) {8 Y: h, q3 h% k

' t0 R! d) v& Q6 w  l8 ]4.2.2、输出电压纹波：

- k! r0 ^8 T* {0 [. k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。
! A7 K! f9 y. u9 i8 |" j

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

+ ?* c1 ?) r+ I* a! c8 a' t7 j

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

R&N @ AC264V/60Hz,No Load

/ k+ m8 D9 B( E6 H. V& x

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

4.3、保护功能：

. B, z  \9 J- E" k2 ~# L2 H以下涉及过流保护、短路保护的测试。
# W& e1 D: V/ k2 {+ P0 R
, W' @- E7 E4 k+ W. s3 w  o- H4.3.1、过流保护：
+ s' p8 V5 Q1 ~( M- R$ J. N

: `7 x! |3 u& s4.3.2、短路保护：

3 l$ w' ^; S# F) z9 F9 Q' q功率计电流量程 2.5A，开启平均值模式测量。

$ Z1 s" b, u0 `0 X9 a* W4 p- ~

3 x0 h( F/ L6 d4 y' i4.4、系统温升测试

! D1 O; V* W, F  l: i: H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。
+ s4 L; ?0 f) i; \2 @3 L

测试样机及配套外壳

温升测试：(℃)

4.5、动态测试：
- s" Y3 H  s0 z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)
4 r  Z  Y& B6 S1 ?7 B9 Z

AC90V 5ms

AC90V 10ms

" C' F( Y* o# B" R4 Z& @" E' G& l

AC264V 5ms

AC264V 10ms

4.6、系统延时时间测试：
' q& `$ {/ C8 s% n- T- v

TON_DELAY  @ AC90V，100% Load

TON_DELAY  @ AC240V，100% Load

THOLD_UP @ AC90V，100% Load

0 n4 \1 c7 N. {7 W& |0 v6 @$ d  L

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

7 c" c7 Q9 o9 N" Y' m6 R4.7、其它重要波形测试：
; F( U1 H* e9 z
DRAIN（蓝色）端、CS（红色）端波形图：
# x1 b9 i5 O. l1 b
, U8 p! J/ Q( [1 t

AC90/60Hz，100% load

AC115/60Hz，100% load

$ N; k2 q9 a6 l5 Y& d- H5 H

AC230/50Hz，100% Load

AC264/50Hz，100% load

其他波形测试
9 A' k. `) }' d* g1 z7 @
9 U, H- ]. y0 t' b* o1 Z1 R+ z

AC264/50Hz，100% load 输出肖特基电压

/ ]6 Y# H4 u1 D; T

AC264/50Hz，输出短路，VDS VCS 波形

5、EMI 评估测试
' }; B7 a6 a3 r& _% X8 a( y
测试条件：
  g! Q' u( Z5 M
输入：AC120V-60HZ/230V-50Hz；

% X( q7 j% x# F输出负载用大功率电阻；
$ p( N' r7 K! M% I9 J
限值标准参考：EN55013、EN55022B。（辐射测试结果仅供参考）
5 t6 i3 j, K5 M$ Y- H* T

AC120V/60Hz 传导 L 相

; J# a' X# n! B  A

AC120V/60Hz 传导 N 相

  O8 u: \( B! }* O4 \9 S

AC230V/50Hz 传导 L 相

AC230V/50Hz 传导 N 相

9 \# ?! E9 e* L1 }  L) v

AC115V/60Hz 辐射测试

AC230V/50Hz 辐射测试

  y! r& B+ v1 `4 m