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。
  v7 [, g! E0 Y$ W  Y- n" \3 \2 A
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。
9 S+ [+ d9 U! P$ p

% `; U- p# r: P/ A! e

& L/ ~  ?" K( ?! e% o) R

CR5149TJ_12V1.5A工程样机示意图

) s& a1 O8 c3 ]8 \CR5149TJ芯片

- y! c$ j( k4 T7 e2 c2 k- JCR5149TJ 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。
$ w6 t3 S  ~4 J* D: S
! E8 R$ E/ A9 z& A! s# c4 s特性

● 较低的启动电流 (大约3μA)
1 H4 W- J/ e5 A9 v" I  `$ O  e
● 全电压范围待机低于75mW
: j! M( D' n0 y7 [( n: B
● 满足六级能效标准

' A& A4 Q: U' g. z* [2 j# q● ‍内置软启动减少MOSFET应力
; r& ^7 B; E. ^% j4 S4 L
● 内建同步斜坡补偿，消除次谐波振荡
9 ~% [$ |7 p* ]) F2 \3 w
● 内建频率抖动功能，降低EMI
7 @4 b$ N' A! j
● 内置65kHz开关频率

● 轻载降低工作频率
+ I3 L* T: l* C4 S9 |
● VDD宽工作范围
$ g: p+ ]+ s& b  {
* X! C/ p# V5 q1 Z● VDD过压保护功能

● 内置前沿消隐电路

- U+ h& P5 B3 b0 l6 t, q● 逐周期过流保护

2 z. ~3 }, `, z4 |6 H. n: ?" h● 内置过温保护

● 过载保护
% Q' U/ L* ?$ R. n& ]  I& M  F6 R
● DIP-8L绿色封装
; m/ s- }# W: o; r/ B, \& t
7 b/ I& @% {$ u4 |) I基本应用
3 x( H0 V6 X, r1 ^! ^! @" k
● 电源适配器
2 t. u8 q/ ^/ r2 l
) u3 C2 z- r; ^8 R5 _1 N● 机顶盒电源

● 充电器

* i% o' R8 x. m8 ], D! j! g" p( |● 存储设备电源

典型应用
- C7 w$ J; N% P. _2 H% V
' u4 Q- w3 ~  ~

8 M/ w) g: l$ _3 c8 R  L管脚排列

管脚描述

/ |$ E& s) S+ h# k& E. D0 p+ t& Q
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。
7 u3 w+ r* l& U
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。
: d7 z2 b4 G% f! G
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。
/ s( N: U1 l, g5 s# K
' R& `$ y. E" w& K$ u2、样机特性：
5 |: }& l: s  \. y
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 O) h8 M/ D: @* C9 l; d. m( n

2.2、输出特性(PCB END)：
% p7 u0 D# H- i! y8 [3 X6 t

2.3、整机参数：

! F6 m, R9 G; k

6 |$ p: \9 W1 x2.4、保护功能测试：

. J$ q6 o6 s% j2.5、工作环境：
4 _! L; Y# {5 n: h6 M" [
4 p. G: B6 o: J9 w9 r

2.6、测试仪器：

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。
4 r. m" ?, ^+ B/ m7 L
/ X$ M7 p2 N" q+ T3.1、电路原理图及 BOM：
" a& m' e7 A  S' d
6 Y% M4 N) ^+ ~3.1.1 原理图：
0 j0 m( K2 x! W; A& T" U" {
; ~+ h( g* Q0 `6 ]' E, M

3 Z# Z7 {- ]: _* c: D3.1.2、元器件清单：

0 ]  e5 C6 ]3 t* }$ S

3.1.3、PCB 布局&布线：

" `" a6 H$ v' C; c9 m

PCB 顶层布局

0 g  |! \9 r* F" y2 J

PCB 底层布局

: e, x. t  y. z, p" T

PCB 底层布线

: L/ ^8 P, I* ]! \! l3.2、变压器绕制工艺：

3.2.1、电路示意图：
# [. M" M/ z: D0 C0 b
9 d6 b, Z# `, `! {

3.2.2、规格参数：
. O" g( j1 _$ I; X9 d
1）骨架：EE19W 磁芯加厚立式（5+5PIN）,Ae＝46mm²；

2）材质：TDK PC40 或同等材质；

3）N1、N2: 2UEW 漆包线；N3: 三层绝缘线；

8 q( H: I6 N5 c6 |3 H+ z9 b9 o2 k4）次级绕组从变压器顶端进出线，磁芯接地
6 i, }5 d  k9 ^8 Q& R( Y
6 B: O) T& c2 W' M% Y8 p+ R5）绝缘胶带:3M900 或同等材质；

' H' u' `/ i: [" B6 a8 w  i6）初级绕组感量 Lp：1.8mH±5%（测试条件：0.3V，10kHz）；
3 Y" I# l, M9 X& ]# p# R/ O- M  y
! `9 C7 I. L4 n7 D4 `$ _1 L# W7）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）)；
$ f0 a) Y0 C5 R. }6 ]: p
8）耐压测试= 3.3KV 5mA 1Min；
. Z$ m2 ]8 ?# h  F+ o7 W
9）成品要求:浸凡立水；
' M" k# W' M3 w, y! U! w; q9 m& C* j
9 v# E# L9 T: d- \  {3.2.3、变压器参数:

+ ~) u0 m7 R/ z2 V6 b& t3.2.4、变压器结构图：
6 \' n1 Y- K0 f; d& W* o

4、性能测评：

$ E5 L3 w- z( p6 S  z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。
1 y1 C$ d0 m6 E; F& a
6 L. @! x* t7 Q7 d4.1、输入特性：
2 A& \  E( d: o' e5 Q
  j& {! ]& x# Q7 }; x& I4 X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。

& Z  Q0 t. b2 |表 1 待机功耗
! c( }% F; e4 R) y. }. \7 z& j
8 O: \" v0 O; d( [) R9 C

2 M0 _; o9 @! I6 j6 N2 Q4 o1 I  h% c表 2 输出 100%负载下的输入特性
$ D) |1 f3 T* W" E% E/ T! _" U$ I. m

表 3 效率测试（1.5M 22AWG Cable）
5 g% w! p- f) q2 `7 R

1 o* e) U$ a: `表 4 效率测试（PCB END）
, y" ~0 T" \# p: K7 M& Z( `

$ x. ~% n7 B2 M% N  Z. G, d表 5 能效等级评估（1.5M 22AWG Cable）

4.2、输出特性：

' X# e( D4 \. l9 u* c4.2.1、线性调整率和负载调整率: （ PCB END ）
+ S9 o) f: E5 s

4.2.2、输出电压纹波：
" h, C( N3 H+ ^) p* j6 P
" B6 E0 G$ p9 S3 O* I8 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。
3 j: d. n% d" R7 h( P0 g7 R

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

( T# C# R, J9 g. r# H; U& b5 j

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

2 _2 S  u, @1 |+ N( o/ m

R&N @ AC264V/60Hz,No Load

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

/ I  }! H3 e8 T% ?4.3、保护功能：
$ o  C8 O+ e# X. Z
0 |/ |" }* ]7 ~; f' h9 B; W以下涉及过流保护、短路保护的测试。
* `8 M' n# \$ n* J: i5 m' }4 f6 l
4.3.1、过流保护：

- a- s+ C4 k% J) `" @# l

4.3.2、短路保护：

" q$ Y* [" v* v0 ?2 L1 I功率计电流量程 2.5A，开启平均值模式测量。

2 T$ R1 u1 L# D9 {- F4.4、系统温升测试
- N  O' u" k5 {& e3 `. Y
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。

: J! w, E! a! M$ e& C

测试样机及配套外壳

温升测试：(℃)
( w8 b' _- {  l( z0 I. k' H5 E

$ }! [/ o" e) t) U9 h9 e4.5、动态测试：
4 J/ G  S' s5 m- f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)

AC90V 5ms

AC90V 10ms

AC264V 5ms

AC264V 10ms

4.6、系统延时时间测试：
; I& Y" p2 B3 B  R; F  s3 K
- m( J6 j& \+ a

TON_DELAY  @ AC90V，100% Load

6 M' i7 Q, o- `2 w* i

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：
5 T7 P" \' B, p+ g# E) `* i
DRAIN（蓝色）端、CS（红色）端波形图：

9 W) y# @' t2 K2 f: ^0 H

AC90/60Hz，100% load

AC115/60Hz，100% load

) o7 M/ p' C7 Q; X* o' `, X

AC230/50Hz，100% Load

. J+ X; G- L7 b: J9 [

AC264/50Hz，100% load

其他波形测试
( f8 C: \( u; I/ ]
, n" ~; J& E# w4 G# }# E

AC264/50Hz，100% load 输出肖特基电压

AC264/50Hz，输出短路，VDS VCS 波形

1 G. `. T; |" I+ q& A5、EMI 评估测试

' F3 [, C8 F- u4 q5 }! A, H测试条件：

输入：AC120V-60HZ/230V-50Hz；

& g! M$ [1 s; E输出负载用大功率电阻；
+ L8 w" }( S$ q8 f) H
" |7 K8 {9 \) `4 U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

. y( b, I+ W8 F1 `6 _3 q, u- d$ B

AC230V/50Hz 传导 L 相

/ P! G/ W# n& }; C" d% A/ z) N

AC230V/50Hz 传导 N 相

AC115V/60Hz 辐射测试

AC230V/50Hz 辐射测试

, T. Y+ _- H2 S( n