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

7 w( t% y( i% d( q" h
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。
5 ~7 [/ A9 t5 q
& J1 r% j* `+ z& h9 {0 b9 b+ S! _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。
+ Z4 k% V3 A  R% |1 L' B0 \* f7 ]
5 O& ^: W, |: z1、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。

' b0 e8 H( w/ d# F- {

CR5149TJ_12V1.5A工程样机示意图

CR5149TJ芯片
+ I/ W9 s- d# d# i
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。
6 x8 {( E; o# S( a0 [- q
9 N. J  B8 V9 D& ?特性
0 m" W1 p5 d1 J
9 O) p3 o$ _. ^) |' O# T$ }. C● 较低的启动电流 (大约3μA)

2 i0 ]: g2 r) g& [$ l● 全电压范围待机低于75mW
2 ~! z) X% j4 V  |- @% a8 z2 J: ]
● 满足六级能效标准
/ x/ e# [  ~5 ?0 ?, n
9 N, }5 z  j0 u) U4 Y1 t; ]● ‍内置软启动减少MOSFET应力
, I7 z7 _, q& {7 z
" @  Y" a$ ^" Q7 ]" Q' \$ q. U● 内建同步斜坡补偿，消除次谐波振荡

$ H& \( {9 a- y; I+ R! W● 内建频率抖动功能，降低EMI
) g7 b4 J1 ~. v: C  p2 G( A4 G5 t8 K1 A
● 内置65kHz开关频率
8 V7 e% r& `) N: W. _
7 i' y8 u. m0 ]# V● 轻载降低工作频率
) M$ N- c( w( k/ _
● VDD宽工作范围
  S- F1 X2 q) i. \5 o2 V
" \3 V/ ]7 N+ ^( x% Q, @● VDD过压保护功能

● 内置前沿消隐电路
! _' x8 y: ?% d
+ p. _# C  q1 i; ^; m& v2 p● 逐周期过流保护

6 q& H3 }. A* n& M● 内置过温保护

9 \2 A+ i& e  j# X  w) y* L1 ?: Q; E' G● 过载保护
7 \0 M: h) n2 p- w3 L
● DIP-8L绿色封装
; x3 [: S& ?! b% t( A
基本应用
$ z& Z1 z3 k7 }: T: r& I
; X. I% x% r0 {. T● 电源适配器

● 机顶盒电源
3 d2 I  V. @- G! _
● 充电器

/ E3 B; B* f5 t) H● 存储设备电源
; |( J$ q* A+ p5 Y' x8 h" ?3 \
) N6 `8 B( R/ u! |2 M, l* H( ]典型应用
1 i+ Y3 n) }6 K( }1 R8 u

$ z, K; Y: o  ?( w管脚排列

管脚描述

# S) q$ s: E" Z3 _/ A
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。
. X' {; R  l' f* J2 t
, t: t( g4 G! F4 d% \! A6 t# E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。
# R5 b9 u+ M6 w
$ O' Z* T- S6 g: [, j& H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。

2、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。
1 W$ m- @* \$ l1 m3 K6 Z% x: K7 U
1 R- u+ h0 g- d5 g% n, W2.1、输入特性：
1 Z. G: l" n# j) A

* E4 }9 v+ T5 l/ [. Z. `* ]2.2、输出特性(PCB END)：
2 ^# w8 f3 s* V" |3 N( I5 g9 Y

1 x- @4 i9 A1 D2.3、整机参数：
: ^- L8 v* Z' r* C3 x/ Z, k. l8 U
8 {. O& Q7 w, j1 u8 f

, w8 N. }) h+ R5 e. T: e* Z2.4、保护功能测试：

8 J& r8 t, j6 `! i/ V7 U2.5、工作环境：

8 ^1 Z0 @3 O) U5 @8 Y" W: `4 g3 S

2.6、测试仪器：

" n% I$ {) y! d" `8 `# M, F+ x6 l

3、样机结构信息：

7 s& p, J8 z. `. u: g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。
8 X) k; }) g/ s5 a/ M  ]
3.1、电路原理图及 BOM：
8 M1 t) x# Z; w2 c& o
3.1.1 原理图：
9 a  O" ~# Y/ N. M! K: w
) k" {1 j1 y! w: @% ?( c# [: F& N

  y8 S( D) t3 ~1 m3.1.2、元器件清单：

- |# c8 h2 x! x

3.1.3、PCB 布局&布线：
1 x5 W$ Y3 s7 z6 b" X- Y/ N

PCB 顶层布局

. H2 ?) [; R# R$ z

PCB 底层布局

# `, a% p: E& C9 Z( I7 d% {. S: E& W

PCB 底层布线

3.2、变压器绕制工艺：

: s- |  B2 l! t. t8 m3.2.1、电路示意图：

3.2.2、规格参数：
( d; q: w2 Y6 W3 ?9 S  c# t' D+ U; n6 c
' A3 M1 ]! g% b- b1）骨架：EE19W 磁芯加厚立式（5+5PIN）,Ae＝46mm²；

! p* g- E5 z% q# W& Z2）材质：TDK PC40 或同等材质；

3）N1、N2: 2UEW 漆包线；N3: 三层绝缘线；

4）次级绕组从变压器顶端进出线，磁芯接地

6 \5 U4 f0 @9 Q. ^! Y5）绝缘胶带:3M900 或同等材质；

) V. o' _2 @4 g% a$ A3 K' ]6）初级绕组感量 Lp：1.8mH±5%（测试条件：0.3V，10kHz）；
  M/ ~- Z/ Z& i' m
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）)；

5 C& p2 ^; \1 {4 @- c7 T; k8）耐压测试= 3.3KV 5mA 1Min；

9）成品要求:浸凡立水；
' i+ F2 x/ _4 x# _. J$ g
3.2.3、变压器参数:

$ O. T0 m0 ?- P5 K; _3 \

3.2.4、变压器结构图：
7 n; w( x; J) ~/ s# M- ~% T

4、性能测评：

! c  g! r* E6 [6 l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：

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。
* r1 d( F3 s+ {3 h# h7 _
表 1 待机功耗
' D0 o. e: \% G- R5 l; N

0 Q6 ~8 h. e: e表 2 输出 100%负载下的输入特性
' A4 ?  ~8 E" R! ], e

表 3 效率测试（1.5M 22AWG Cable）
$ w) @0 j0 T" `" z; L% s' A

' g% s, B& ?1 _1 s* J0 L. L表 4 效率测试（PCB END）

5 ]$ H& I9 l; o

1 {8 s9 ]6 y% K2 d& Q表 5 能效等级评估（1.5M 22AWG Cable）
; n, l9 j& }# J& ]

$ |4 y$ j2 m) l* d4.2、输出特性：
9 C( E+ W+ \8 w
5 `; [& X+ S6 g% J- X7 C4.2.1、线性调整率和负载调整率: （ PCB END ）
1 s. i2 `4 [1 L$ C# C4 Q" m
* k0 b1 Y; I" s

4.2.2、输出电压纹波：

& w9 s% s3 b3 u3 ^+ Z; P' X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 u4 @4 u( C

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

: q2 @0 V2 |6 k

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

4 ?) b) a) ^. n9 u  ~

R&N @ AC264V/60Hz,No Load

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

/ ~3 u5 X, {" z: X0 P. T0 d4.3、保护功能：
6 O2 h9 |& V/ ^/ [$ z
以下涉及过流保护、短路保护的测试。
/ u- c& \4 h3 r1 S/ b7 B2 W" |2 A
4.3.1、过流保护：

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。
* s' z! y% @! r" P, r
6 O( Y# _. o, g! @2 y, `4 y) T

8 l; m0 n1 b1 a: I1 B* l
4.4、系统温升测试

% E8 ]* L( D5 j3 I) }8 |3 o' F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。
6 S' V! b% L- A8 o, L1 r

测试样机及配套外壳

温升测试：(℃)
- g$ M* z; Q; K

4.5、动态测试：
" p" J/ L$ O4 \2 U  s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)
7 F3 p3 Q) M3 M: b! T2 }
# @/ ]) I, ^, {: o

AC90V 5ms

AC90V 10ms

5 N' P6 Y% x# ~& W) g

AC264V 5ms

AC264V 10ms

: P5 Y8 d- Q+ |6 c3 V+ j8 K4.6、系统延时时间测试：
; G' ], k: J( q3 ^5 `. ]1 `/ k3 Y

+ d3 x9 n0 Y& z* n+ V& ?  ^  s! Q

TON_DELAY  @ AC90V，100% Load

TON_DELAY  @ AC240V，100% Load

1 G; y$ v, u- a6 C4 G0 z6 p

THOLD_UP @ AC90V，100% Load

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

( B3 t% U5 Z4 ^4.7、其它重要波形测试：

DRAIN（蓝色）端、CS（红色）端波形图：
0 u* C; ]7 ~" Y$ Q4 }2 a
+ X; g: Q. }2 ?$ j' m

AC90/60Hz，100% load

AC115/60Hz，100% load

* |5 W5 h% I( C6 @" [& O6 r' a  r

AC230/50Hz，100% Load

AC264/50Hz，100% load

其他波形测试

/ W% l- z, m; J: p2 u0 b

AC264/50Hz，100% load 输出肖特基电压

AC264/50Hz，输出短路，VDS VCS 波形

5、EMI 评估测试
% o" ]- D- i. J' ]" \( e
测试条件：

4 C) v% J+ j5 {! {输入：AC120V-60HZ/230V-50Hz；

输出负载用大功率电阻；
4 k; k% b$ f' \* M3 Q, w+ U8 D
, [% S" R/ ]6 q限值标准参考：EN55013、EN55022B。（辐射测试结果仅供参考）
( N* M) l1 `0 C2 ?5 V- p+ t

AC120V/60Hz 传导 L 相

AC120V/60Hz 传导 N 相

AC230V/50Hz 传导 L 相

( W* g0 U. [' }- W4 O; Y

AC230V/50Hz 传导 N 相

AC115V/60Hz 辐射测试

% D! z, _' z; t" j6 h. A& k7 v

AC230V/50Hz 辐射测试