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

1 A& F. h$ e) E" i* R: ~* c. \  u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。

* h% u. e3 r& |2 ^' z# m$ ?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。

( p0 k4 c. d: l2 c6 K" D3 _1、样机介绍：
, c; _5 U" y7 e1 h7 D
0 b4 F1 }7 ?/ H) D5 O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。
9 p6 H. j  v) m: {3 t% n

, j* A( z/ A4 G% c7 A

CR5149TJ_12V1.5A工程样机示意图

CR5149TJ芯片
+ H4 Q6 i" O) d. o5 w! f' Y0 \& 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。

' f) c# ^- M8 e" J& ~% U2 `7 l特性

$ f- a! M: A, P7 u' U● 较低的启动电流 (大约3μA)
/ a9 c. H! Q- j8 b
, S% b* g0 V% R7 n( F( f● 全电压范围待机低于75mW
5 c" L  d) a) w3 a9 e; B0 h
● 满足六级能效标准

1 @: h5 B/ x( A; X4 [9 D- `) n● ‍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
! P  F8 u5 c) ~( w
7 v/ V/ m+ W+ y$ R● 内建频率抖动功能，降低EMI
9 u: I1 p( |* x: L
2 ]1 h) O& q4 O' e! a6 J● 内置65kHz开关频率

, \9 O  O: C- P8 U5 ]8 n( `● 轻载降低工作频率

) b* s& U: S1 `" W● VDD宽工作范围

+ x7 v  B# o5 c# D6 q, Q* ^( E+ i● VDD过压保护功能
, S6 H6 r" t6 ], H* T) u0 z% `
# D2 D4 v0 s, E: M● 内置前沿消隐电路

  ^5 b( F  B, W● 逐周期过流保护
& o" B% [2 E" p0 o  e' Y
4 V6 g! @0 i. i. A' o2 k+ V● 内置过温保护

9 E% M1 f5 b: |8 ^( p● 过载保护
% g* t. k% w' l7 E
● DIP-8L绿色封装
1 p  s% s7 A2 H) x* n  {, r, B
" }6 b1 Z! v% X: x7 j基本应用
, h; i1 {$ A4 M% @
0 Y* z4 z9 }: X+ m0 Y● 电源适配器
1 N% G) y( t/ V/ J$ r
/ N$ n. ?( W* {* G- J7 M● 机顶盒电源

' d. k- z% h' G+ Y: e● 充电器

# j/ @& ~. t' p7 h' I7 `& W● 存储设备电源

# K8 K% L) ~- ^4 P典型应用

) D. d2 {( `/ _$ O: x6 ?+ t

管脚排列
: A$ L( Q/ b, ?5 u

管脚描述

* h! _* ^4 Q$ E' E$ y

" x7 j* o$ D$ O/ M. r
3 h: L2 e- w9 B, h4 I" C/ 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。
, ~  M8 `0 Q* ?) I
. o/ f" }) X! }4 v5 ^. ]0 y, z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。

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。

+ ~/ ~$ s5 P; h# s. m6 N5 M2、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。

2.1、输入特性：
1 _" d0 ~  b$ @& Q- L  v

2.2、输出特性(PCB END)：
. {, F7 H- {) X9 {- U% A3 t/ b
2 s+ {8 F0 u: l# Q

' `- w# u- N5 _" Q, m8 t8 v2.3、整机参数：

! Q8 `' }' `, w3 N* r/ ]8 E# V2.4、保护功能测试：
4 W' E% a7 N+ I* M2 N

  S: A# m/ l8 Y- p/ a; a  H2.5、工作环境：
+ }% S! O8 S7 U4 ?

2.6、测试仪器：

2 I5 ~! e2 N! A9 K3 Q

3、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。
" z6 M' L6 B) f3 e4 \* t
+ W, t4 x9 m$ U7 P7 I5 W3.1、电路原理图及 BOM：
6 K2 F0 `' H/ Q  p& b  e
) ]& s) c9 ?8 ~) ?4 q3.1.1 原理图：
) g; N) v* Y6 K
! P! K+ F) @! _" R% ~" {

$ s# H0 o6 Q2 b3.1.2、元器件清单：
! o  |2 Y& h( \: W+ i6 Y; z: b

3.1.3、PCB 布局&布线：
5 n$ K. R% F  D3 z

PCB 顶层布局

PCB 底层布局

1 O! ]4 l9 K0 g6 B: u

PCB 底层布线

5 z; z9 J% s( b1 N; G+ ~( o3.2、变压器绕制工艺：
4 S( x0 ]3 a# H& g  d
& \0 S+ a. L! H' a3.2.1、电路示意图：

8 t- a5 J, h0 H3 s

3.2.2、规格参数：

1 R* m* J  V! W" `4 _+ O1）骨架：EE19W 磁芯加厚立式（5+5PIN）,Ae＝46mm²；
. r3 E" W9 M9 u' e
1 w1 n4 K9 u( M/ t( h2）材质：TDK PC40 或同等材质；
0 N9 V  W& B8 z
3）N1、N2: 2UEW 漆包线；N3: 三层绝缘线；
! Z  z3 i- v8 N5 c) |' O
: |, c' k* O  |% V# _0 g4）次级绕组从变压器顶端进出线，磁芯接地

) x( H+ T) O% J  J1 X$ M5）绝缘胶带:3M900 或同等材质；

6）初级绕组感量 Lp：1.8mH±5%（测试条件：0.3V，10kHz）；
$ G7 B. w, y5 m$ x* u2 [1 m
0 k1 E) R8 v7 r$ R. v) j* L5 `6 i7 o7）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；
& d( P) w0 d0 W! N, I; l6 T# Q
3 w+ |0 o8 |3 V& @9）成品要求:浸凡立水；

3.2.3、变压器参数:
% S. J% [; b9 E

8 h( y5 k5 p" {3.2.4、变压器结构图：

4、性能测评：
# o1 R8 v( R# q) L" U; f
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。
/ ^2 e4 J$ a; u0 A- _
; ?( s/ x: X! F  }9 F9 g4.1、输入特性：
3 s6 c: F  M; D8 |  N9 b
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。
9 [9 ^1 r& u3 r' `; Q9 H
9 E0 h" ~* v0 }, x' w+ R+ i3 b表 1 待机功耗
+ [1 e4 A5 y# B$ T2 i

表 2 输出 100%负载下的输入特性

表 3 效率测试（1.5M 22AWG Cable）

* z6 e* i" j1 A表 4 效率测试（PCB END）

- ^1 w  Q% _3 [  n8 H# f" [

表 5 能效等级评估（1.5M 22AWG Cable）
; {; p3 r% [  a1 I. N- L+ q2 r

4.2、输出特性：

4 J& \9 h( X! D' f4.2.1、线性调整率和负载调整率: （ PCB END ）
# b; j1 B& O! ]! f

6 z2 {" @" T$ X) e3 ~5 B4.2.2、输出电压纹波：

% I9 W1 s: u0 u5 v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。

2 b- ]5 v# f8 h+ g5 |8 f0 t

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

: Y* w% J6 V5 S! _2 ~6 }- T

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

6 f2 W* _9 Y* n# Z% Z  x7 ~

R&N @ AC264V/60Hz,No Load

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

; [& w3 b: g: ~1 L0 b$ y$ Q4.3、保护功能：
2 G: N) N  q( ?6 _$ J  _! \
以下涉及过流保护、短路保护的测试。
+ t) x9 }: G2 g' M& i
0 A/ R" O9 E  I) T: A* f' `0 `4.3.1、过流保护：
9 F8 O5 u" O5 w: n" M" e
7 C  W* d  c2 V% {7 p- J

, q5 _( q, @2 n8 ~4.3.2、短路保护：

功率计电流量程 2.5A，开启平均值模式测量。

0 A- Q6 y' \+ H  h8 m7 z5 w4.4、系统温升测试
. b& z+ k, F0 I! ~$ u8 r3 ]
. Q% V2 \6 q  @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。
7 [' }$ }* l' a, R1 k- o8 c# u
# j' E4 C9 G( m

测试样机及配套外壳

温升测试：(℃)
& e* X9 m1 N. t- _( V$ r: o

" U+ H: S* K1 {- n  [+ |4.5、动态测试：
) k. p( j  P8 ?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)

* O! y( C& r8 Q' ~4 U4 ]5 h9 I2 `

AC90V 5ms

AC90V 10ms

AC264V 5ms

# v4 l2 F$ ?1 N5 a' j

AC264V 10ms

4.6、系统延时时间测试：
* e, q! C5 q4 I, k1 P
/ d+ s; T8 \5 \2 P$ X9 S

7 l, q7 x) x, Z" d7 O

TON_DELAY  @ AC90V，100% Load

* O" e4 d2 R% z, Z: z

TON_DELAY  @ AC240V，100% Load

THOLD_UP @ AC90V，100% Load

- x0 v: G  e5 R/ Z2 L) I& Z

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

' _, O: p% a% X1 A* k' G4.7、其它重要波形测试：

0 w! \4 T( B" W5 K# ^; i; xDRAIN（蓝色）端、CS（红色）端波形图：
6 y- i: k9 Y- b; N
4 q1 K/ t( p! T6 s: r+ Z8 n4 g

AC90/60Hz，100% load

6 a: d! f0 o' X0 Y; a

AC115/60Hz，100% load

AC230/50Hz，100% Load

+ d3 |- F- ^% w) N) `# A

AC264/50Hz，100% load

其他波形测试

AC264/50Hz，100% load 输出肖特基电压

$ I& ~( G  i, n7 f" Q+ Z

AC264/50Hz，输出短路，VDS VCS 波形

5、EMI 评估测试

6 g  {. G# D4 I. G9 O0 O测试条件：

输入：AC120V-60HZ/230V-50Hz；
( N, J* h1 k- ~
输出负载用大功率电阻；
$ C3 ^1 i7 Q9 s- O
& @; h3 E( Y) x$ u$ N9 i& Z限值标准参考：EN55013、EN55022B。（辐射测试结果仅供参考）

AC120V/60Hz 传导 L 相

AC120V/60Hz 传导 N 相

: k* s7 E1 p( r* E3 u- ]. j1 S. x

AC230V/50Hz 传导 L 相

AC230V/50Hz 传导 N 相

1 D/ K% `6 I! N6 p* F' m5 r% [

AC115V/60Hz 辐射测试

6 W+ M' q- b5 }4 P* n

AC230V/50Hz 辐射测试