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。

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：

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。

$ z+ a0 m3 G/ [3 i

/ \7 W3 s/ S+ l6 ~1 e! b3 G

CR5149TJ_12V1.5A工程样机示意图

CR5149TJ芯片
0 M& P9 ?7 Y5 B3 S
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。
* W) N  s5 y; }2 P1 Q( t
( E' x& V" p8 I. ~8 T5 e2 Z特性

. p# j8 f/ o4 b7 o● 较低的启动电流 (大约3μA)
( g& U0 x, g  m+ U
● 全电压范围待机低于75mW
. P2 ]2 j3 m5 \& J9 k; [0 n0 z
● 满足六级能效标准
3 X0 H+ h* p: V* O6 r
% g8 _8 `  G5 z+ L4 U3 j& k, h# w9 I● ‍内置软启动减少MOSFET应力

" k( C: G6 s. z! [9 O7 U● 内建同步斜坡补偿，消除次谐波振荡

● 内建频率抖动功能，降低EMI
" m0 ~: c) Q; J2 W+ v5 B
● 内置65kHz开关频率
" |. v3 z5 Z4 k' P
8 c! t+ D; I/ K1 K! E1 X● 轻载降低工作频率

● VDD宽工作范围
6 `) v8 W- S' ^
) i/ k; ~1 J; K! U! {& f● VDD过压保护功能

● 内置前沿消隐电路

* x3 K# w1 O$ M) ]! l( k4 r1 k● 逐周期过流保护

3 S1 X& T2 u2 J: X) \) z● 内置过温保护

● 过载保护

● DIP-8L绿色封装
; i, F+ @# |/ h+ H  l$ r
基本应用
* ~; i: U8 v6 m+ ^1 f0 I& R
+ [" t4 P9 p, d; E- w  i( l7 m● 电源适配器

● 机顶盒电源

● 充电器
) w( b4 \0 X. m- @% ]: o0 J
$ t3 t: b; a- h" x) @0 x● 存储设备电源

2 v+ P; v5 V; U$ c- M: x- `  Z, Z典型应用
3 A# g7 z" p* k# G: N4 Y

$ N! g2 P! l- u2 j8 M管脚排列

管脚描述
$ [5 @6 k- w3 S  [
- Y' I% b! J" H

1 Q% U/ U8 N' M" L. f+ d
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。

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。
' r2 r9 E: ^! J* ]1 g6 ?
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：

) w# P7 ^7 n4 b& H4 D8 n  o: `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。

# |  }/ t8 ~9 j% z2.1、输入特性：

4 s3 R& [1 j' \8 _2 B2.2、输出特性(PCB END)：
2 T# o1 H0 B$ v* }8 s+ R
% w, k% v6 S3 q

' \- P5 U8 @+ Z1 |1 L2.3、整机参数：
# K; o  g  A. J. W0 N/ U; i5 E4 f

2.4、保护功能测试：
" ]% W; f4 M' K  X, R
3 ]5 d% H- ?7 g$ l/ i9 T0 o6 _

2.5、工作环境：
6 z: A9 v& v" r1 F

2.6、测试仪器：
% n5 t6 }. k7 ]- I4 b) H

3、样机结构信息：
. t5 O- A- n6 w
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 {) ]/ O. d& f
3.1、电路原理图及 BOM：
5 Z8 ?. E1 e2 b3 t' p
3.1.1 原理图：
. \2 [) B$ l% L( y5 Y: a
0 o# K5 e: b. h6 c# v. ]

' H/ D; `) R2 S+ k% G3.1.2、元器件清单：
1 f# a# N) o1 p( b3 Q

3.1.3、PCB 布局&布线：
" R+ C/ S  z) D/ b7 {1 D- `& y
, ?( ?5 ^& U1 I% E- l5 v

PCB 顶层布局

/ n% e6 ]1 d. a4 g

PCB 底层布局

PCB 底层布线

3.2、变压器绕制工艺：

3.2.1、电路示意图：
4 f& B7 {$ Z6 S
( E3 }$ f- I  V" u" t& K  e+ D
& q! `& s& V$ `7 _4 J/ [& k

3.2.2、规格参数：
/ J$ t7 d0 C, ?3 Y, }" \: ~: M6 c
1）骨架：EE19W 磁芯加厚立式（5+5PIN）,Ae＝46mm²；

8 P" Z& ~1 Y) j5 x2）材质：TDK PC40 或同等材质；
! H. V8 |0 \7 R; g
- n4 }: \, W; n3）N1、N2: 2UEW 漆包线；N3: 三层绝缘线；
+ ], j- B* U9 C2 \6 ~+ \1 h
8 _; u" K. X+ v  b: Z  ~1 f& r4）次级绕组从变压器顶端进出线，磁芯接地

5）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）；
' ], ]9 x: p: C$ 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）)；

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:
- L! @0 N' {6 Z6 R
. P- K3 v0 r$ c3 V$ B

3.2.4、变压器结构图：
2 F/ }$ a0 S8 B1 G% g  @

4、性能测评：

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：
/ Y9 S8 |* }7 p/ p2 x! M, e8 ], U+ p
9 _$ I2 D" n1 i! V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。
/ g& L" P5 f. g9 F' r/ }6 g
4 F  i: I. I3 X2 C" h" q表 1 待机功耗
1 G; ]1 V4 A" |$ n# m/ u
; v6 z* k% g% {- ?( L

- q6 V; _; C& ~表 2 输出 100%负载下的输入特性

. M- ^0 R, h+ m' @

4 r' Y0 \; y5 y8 t. ?表 3 效率测试（1.5M 22AWG Cable）

( E, ]: U  J! v# {, P) D4 I

  P; S8 ^5 ~& B  \: Q9 s5 Z5 {表 4 效率测试（PCB END）
5 J% Y% J5 E2 `# q: J( z% |% y( W

! o9 A) @! n, ^表 5 能效等级评估（1.5M 22AWG Cable）

; Q; v; M# Q8 ~- A

0 X' w: _) `1 C; Z1 r, A$ T4.2、输出特性：
# t9 u) ^2 S/ N- F1 Q
1 i& C; k! w, e$ Y" V4.2.1、线性调整率和负载调整率: （ PCB END ）
1 ^. a/ s) G/ _1 ~1 g; A
8 l( I% x( V7 i

. s, z& Z1 C8 n) _$ m: {# M4.2.2、输出电压纹波：
8 b! u0 z- V  @. l
- u: N  Q% I. k& E1 c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。

+ k" w- X1 n' x# z1 s; b& F9 F9 `

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

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

8 V% L$ J# T' ^" J5 I5 L

R&N @ AC264V/60Hz,No Load

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

4.3、保护功能：

- m; s4 Z( G0 s5 @6 ~4 y% J以下涉及过流保护、短路保护的测试。
0 }9 M5 G( i1 u# r& F4 L4 S0 j, Y
4.3.1、过流保护：
: }1 o7 q8 K3 j0 f" ]

4.3.2、短路保护：
* e7 J" _6 E0 C, U, [4 V" Q) k9 b
功率计电流量程 2.5A，开启平均值模式测量。

+ T9 j% O+ d! A7 T( h

$ J7 u' V1 z+ y+ x( j& y3 x
* @& e/ \* E. V7 i4.4、系统温升测试
' r$ q6 N! D- }" b$ w
/ _' P1 C$ K) |" b& g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。
/ W1 Q# z( O( k, y( Q
7 `$ d" k9 `( |4 W5 ]

测试样机及配套外壳

温升测试：(℃)
1 c( W0 z. N5 ~8 Z* x: ?& k5 Z
, o+ @4 Q) [. k

; Y4 T' B: U, R4.5、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)

  ]/ ~$ f: n/ z

AC90V 5ms

0 q9 J& }2 O+ L( i7 B

AC90V 10ms

AC264V 5ms

+ I( |$ @9 Q9 ]$ A3 u7 h- r

AC264V 10ms

4.6、系统延时时间测试：

7 }6 j& V  {5 c

! {) e! D& f( M- z3 Q, Q, T

TON_DELAY  @ AC90V，100% Load

TON_DELAY  @ AC240V，100% Load

; X7 ~- r" Y, ]- v, Z" W  }

THOLD_UP @ AC90V，100% Load

; f7 z9 W1 ?3 M8 f

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

  m1 _8 x8 |! L4 f) L$ C7 q* Q, }4.7、其它重要波形测试：
% W, F- ^' g( a* C% L
DRAIN（蓝色）端、CS（红色）端波形图：
$ Q. B4 d( p/ V6 b. S

AC90/60Hz，100% load

$ g; v7 E1 \- k" Y8 C" }0 m

AC115/60Hz，100% load

( b6 l8 _3 \, f2 w+ w

AC230/50Hz，100% Load

AC264/50Hz，100% load

其他波形测试
" |9 w. s% [) m7 o) n! I$ x. w) z
% t1 ~9 r$ K. `5 Q3 ^! Y& H' T( f

AC264/50Hz，100% load 输出肖特基电压

2 T0 F: ^! t8 a

AC264/50Hz，输出短路，VDS VCS 波形

7 ^' M) r' y5 I/ k. a8 N5、EMI 评估测试

! ]( f* B* I- t测试条件：
) h' W1 I6 ]) Z! j; C5 C8 c
输入：AC120V-60HZ/230V-50Hz；
& S) h- |3 ~8 `3 _) P; T
  I5 l! }( Z5 z. ]. B# C输出负载用大功率电阻；

! K! P2 ~( c& w/ }# o; ?9 T' Q- V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

AC230V/50Hz 传导 L 相

AC230V/50Hz 传导 N 相

AC115V/60Hz 辐射测试

AC230V/50Hz 辐射测试