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。

6 ?6 [0 |4 q$ o1 A" f/ 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。
7 O1 v/ N  t* y7 A( W
8 a) _- z$ Y) Z& Z2 Q1、样机介绍：
( A, u& v2 m) m" U# h
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。
" z4 C9 q# @/ Y1 _

6 \: \. l; t  @

CR5149TJ_12V1.5A工程样机示意图

CR5149TJ芯片

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。
: j# h9 \$ ]: B0 T
特性
& K- w4 }- p0 b# z
● 较低的启动电流 (大约3μA)

3 [# a) N$ @2 j2 t3 V7 p● 全电压范围待机低于75mW
) E0 r' S1 X! K" w8 x
● 满足六级能效标准

● ‍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

● 内建频率抖动功能，降低EMI

● 内置65kHz开关频率

● 轻载降低工作频率

● VDD宽工作范围
* R1 Y: J- c% L1 `8 q  U
. k* I; S; X+ N● VDD过压保护功能

● 内置前沿消隐电路

" z' [8 O7 u- O% I" u/ V● 逐周期过流保护

● 内置过温保护

/ E; _' E3 r7 P2 C● 过载保护
& u; y9 W7 y3 T- ~9 S5 y) q
● DIP-8L绿色封装

基本应用
; ]& N/ ~& Q" B$ t
  h8 T2 y- Y$ V0 Q* H$ Z● 电源适配器

● 机顶盒电源

; F- v: [0 x* {' A● 充电器
# _0 x, Z. T" l# g
● 存储设备电源
8 _/ O- S  s8 a0 Q/ z0 J+ |( n+ J
% j5 g& @9 d$ J3 i$ w, G! z典型应用

& P0 n; n/ _5 O; Z* V* Q( q管脚排列
& Z" D$ w. r' w; ^8 S

管脚描述
8 o4 a& ?6 t0 Y( M
- q3 l$ F( {+ n0 s5 T

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。
& `) x8 F. h2 X- G/ E2 h' k
7 M0 k* I6 n3 E3 n; 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。

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。
& j+ j) H9 N+ Z- P
1 |; k; K) M* h2、样机特性：
, i: [8 S9 N+ b$ R0 _: ?1 S+ h
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。
/ h; M4 M% x& P$ L
2.1、输入特性：

2.2、输出特性(PCB END)：

, ]" A" |4 J$ W5 u% m) Q4 u: \

2.3、整机参数：

2.4、保护功能测试：
/ R2 V0 u/ H# B1 E# X

2.5、工作环境：
7 m# ?1 [/ i$ o5 P& f
. j/ o# o$ d) p  ~

2.6、测试仪器：
8 D* _; Q8 X/ Q

9 @- ?- j* l% y3、样机结构信息：
/ j( E' S0 I1 d: W& Y* F
4 e5 v- {. k8 c" z6 g9 U+ d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。

3.1、电路原理图及 BOM：
3 S; W. o9 m$ J' n
3.1.1 原理图：
9 b+ I# m2 R1 [/ S0 n
$ W4 J  p/ ^7 o! G

3.1.2、元器件清单：

! d( X) k; e  t& Z1 c3.1.3、PCB 布局&布线：
" a# H  x4 Z" D' [$ a# k0 I  ^
6 o6 P! Y6 Z6 j8 I

PCB 顶层布局

PCB 底层布局

/ S* O3 G+ J8 C7 I( _

PCB 底层布线

! E8 ~' N0 ^8 }. o- F2 ~8 E3.2、变压器绕制工艺：

3.2.1、电路示意图：
- G; V" F. k/ x& w* b5 W9 I
0 t7 b! H6 N2 G$ j

3.2.2、规格参数：
4 U: Q) M/ x/ s2 B) d/ q3 E; S3 R
1）骨架：EE19W 磁芯加厚立式（5+5PIN）,Ae＝46mm²；
7 p. d  c6 p9 G- m3 P  Z+ s
2）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
; n. H6 n; l2 Y' q
. g' f% E7 S: K5）绝缘胶带:3M900 或同等材质；
" r9 D  x$ w) P" k4 @! A& K2 @
; N+ |+ M, I) y6）初级绕组感量 Lp：1.8mH±5%（测试条件：0.3V，10kHz）；
/ r: n) v$ }3 j7 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）)；
/ r! Z, K' }) U8 V$ T7 b0 P" l  c0 A
5 j7 L) w; c; n+ Z0 ]. H  x9 ~  j6 ^8）耐压测试= 3.3KV 5mA 1Min；
' E3 S" V8 _* C4 @8 S9 s, a
9）成品要求:浸凡立水；
0 a$ F( K# f+ b. b: ~! s3 l: C8 `8 g
0 N- z* g0 P, ?" j3.2.3、变压器参数:
' V- K; U6 H+ l: T
$ u6 c: ]" k: M5 l9 |+ s/ ~2 ~

3.2.4、变压器结构图：
" g6 Y$ @2 p' C* G  r, }* n% L. I

4、性能测评：
4 x/ q8 [8 `3 D/ _+ W
. a1 n- W, k, [7 Q# C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。
$ x+ g# X: F8 R& `* d
# }! p: Y) J. x( s+ u4.1、输入特性：

6 d3 Q7 e* H  Z( C' q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。

表 1 待机功耗

# Z1 r3 z( {9 g! N! ]: r' i" @

表 2 输出 100%负载下的输入特性
: t4 f9 k2 K0 B5 L" R' h; h
+ ~& J  r. B) U8 c# r" A# C. O

表 3 效率测试（1.5M 22AWG Cable）

+ {8 O/ O3 x7 S- u( j7 w2 x$ R4 T表 4 效率测试（PCB END）

* T" h$ m: \5 {; h

4 {0 w* Q4 b- R, S3 T  f表 5 能效等级评估（1.5M 22AWG Cable）

/ R+ ^7 p) V) X$ d* d1 B4 g4.2、输出特性：
% {; ?" {1 p4 E+ f- V: t' h
4.2.1、线性调整率和负载调整率: （ PCB END ）
7 K- V8 W4 e! O2 w
! g1 M' I/ ]! Z; R$ R4 m5 f+ r

4.2.2、输出电压纹波：

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。

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

  d: {  |8 J# p/ C

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

R&N @ AC264V/60Hz,No Load

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

! z0 B8 q& C% x) a  B) Y* \4.3、保护功能：
3 L/ W3 k1 w4 S8 B
以下涉及过流保护、短路保护的测试。
8 \3 O& U- U9 e% Q. q: c
, @% d( H2 G( G! P& W) J4.3.1、过流保护：

- W; \$ C! }& O1 y- _( ?. O

4.3.2、短路保护：
( Y* U5 i2 U6 t6 x5 s9 N2 G
' ]4 k/ z! J4 I+ x4 v功率计电流量程 2.5A，开启平均值模式测量。

( k9 i3 ?$ ?" O; R2 n

4.4、系统温升测试

( i* m1 R) m9 `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。
2 j! e: n$ y7 G$ m+ e. o! \
4 l# Y( v. {1 G* v# U

测试样机及配套外壳

温升测试：(℃)

, G5 a+ V  \9 U9 O8 P  O' O  \4.5、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)

5 h9 N. R5 J, `. O5 W

AC90V 5ms

3 S) z6 i# P9 e) N$ Z5 |. ]$ Q

AC90V 10ms

3 G- w8 }/ o/ c' l

AC264V 5ms

AC264V 10ms

4.6、系统延时时间测试：
# V( s. Q+ @$ U; s+ _7 D- \  I
0 P6 F  E8 K6 ^! ^

TON_DELAY  @ AC90V，100% Load

TON_DELAY  @ AC240V，100% Load

THOLD_UP @ AC90V，100% Load

: o& J  F4 s, F+ @. u* h+ Z6 d& U

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

4.7、其它重要波形测试：

DRAIN（蓝色）端、CS（红色）端波形图：

7 ~5 l9 w* Z* l- B

AC90/60Hz，100% load

) V2 i' O5 W9 h4 }9 @

AC115/60Hz，100% load

& g) E2 {& z  [, c% f) f/ @

AC230/50Hz，100% Load

3 r2 G- R6 P! k( F+ x: Q* Q  A+ V

AC264/50Hz，100% load

其他波形测试
  E/ f; |# I6 R/ B5 e' \

AC264/50Hz，100% load 输出肖特基电压

: Y+ n6 X5 z; V! V0 l. j

AC264/50Hz，输出短路，VDS VCS 波形

8 g4 f4 ^) B$ f& C2 k+ K5、EMI 评估测试

7 v* Y' C9 l2 Q! @$ X测试条件：

4 Z8 Q2 K( j. \1 \5 x输入：AC120V-60HZ/230V-50Hz；
0 q: ~9 U) H' e9 r( V& i! a; v
输出负载用大功率电阻；
1 f: ~# ~# E# f+ I- G! j- p7 {7 K/ s
, \! q, b- J1 t; H) f1 J限值标准参考：EN55013、EN55022B。（辐射测试结果仅供参考）
2 r# D/ ]3 @% y: b
  n# o8 [) Z" w# p' X! S1 }3 s

AC120V/60Hz 传导 L 相

3 m. a+ h% s2 O3 ^/ h) N

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

0 W: \+ V) B1 v, M) y! X  U" R