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。
! ]2 I' T/ h" D, t( Q9 @! {# j6 p
) H; N! f4 m+ C  M1、样机介绍：
9 @2 o1 V  s  D$ 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。
; r& R* s- {& B8 m6 `0 d) W
# a7 _  h/ I4 `! S6 J/ p- L  ~$ Z& C

$ L2 _: X) T9 M

CR5149TJ_12V1.5A工程样机示意图

$ X+ x& R8 ^( M. E+ N+ l4 e) j5 H' z& \CR5149TJ芯片
; ?2 g* l  T8 G8 F/ Q
) a% r) y0 @: _( fCR5149TJ 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。

5 x' B7 p, G7 r* j& C7 y2 l" O+ B特性

● 较低的启动电流 (大约3μA)
, J; ^7 _  z8 o: T* `4 j+ X8 O
● 全电压范围待机低于75mW

● 满足六级能效标准

' T2 }. ~0 P# E/ T* \" y: V● ‍内置软启动减少MOSFET应力

: C) b7 s: U  s8 r( N$ z( D* P7 a● 内建同步斜坡补偿，消除次谐波振荡
4 h; f3 d+ O: {$ ?6 w4 Z) q9 _* E
, ^# E* k; A" V& o( R5 z● 内建频率抖动功能，降低EMI
# }- C& v. Z% ?! K5 N
● 内置65kHz开关频率
- ?# y2 s) `' ?; h
● 轻载降低工作频率

) M1 |4 D) O# }7 B+ h/ ~● VDD宽工作范围

● VDD过压保护功能

  b- b' ]% ~+ C1 y$ S; u+ d+ p● 内置前沿消隐电路
$ f( r* D+ x: X
  z# L7 ^- f; w● 逐周期过流保护
6 y4 q& N; P* V4 M) z
4 X( F1 P2 `) q% q) b● 内置过温保护
2 o# w% Z! S- V9 y+ F5 X
  r% _: L' \. m; i8 C● 过载保护

● DIP-8L绿色封装

基本应用
. C2 ]! K# a2 T; ]+ R# ^
● 电源适配器
3 K4 z" Q# O3 Z6 `9 J, E+ X$ v
● 机顶盒电源

* b# V' Z( W8 K9 a+ Y2 t● 充电器
5 Y; M5 B. U6 R/ u* y& C& ^5 W9 _
● 存储设备电源
7 _" `! {! ]4 J0 \4 I# Y( Z- u
" s6 e+ G0 r* X典型应用

管脚排列
( j( i& P$ k  d8 `' p

管脚描述
! z( A( S9 [* Q8 {& w4 F2 Z: B
% J9 F  v' q4 a) G$ p

- ^6 m0 B3 P: Z: |+ c2 `
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。
, w2 a) y3 b2 }3 Q7 P
0 z$ E1 A3 J" q3 z$ Y- l; _) W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。
  E  D) i  q$ t3 u  J
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。

6 Z/ k% ?) I& p8 [. s3 z6 B. R2、样机特性：
. R. R* c0 d/ |% e1 `" a
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。
. K8 g6 d2 _7 z8 P( z
! s6 _9 Y  Q6 l2.1、输入特性：

, t& Q/ ]7 K$ i% L& U/ U2.2、输出特性(PCB END)：
  v1 D7 B2 E( m  y0 Y- Z; _) [
3 T. g' A$ F* `$ {1 Z! \

2.3、整机参数：
0 R# L: }# D6 a/ m+ t+ E* o5 u
* A" [8 h4 h5 S

2.4、保护功能测试：
' K9 r. r3 R; S* z# x

2.5、工作环境：
$ _$ B  e( V. R8 B7 ~
3 {8 x, F7 s  x0 i" Z1 c

2.6、测试仪器：
# \( P! T) P! d

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。
" e" O* m3 H; ?( x6 R3 D; |
3.1、电路原理图及 BOM：

# m% F7 ?! S( C, v$ \" Z3.1.1 原理图：

4 K$ N& c- y" J3 @* N7 e3.1.2、元器件清单：
! n3 P( @. \  _4 I5 x7 J  W2 u

! h% F8 e7 K0 D8 F3.1.3、PCB 布局&布线：
8 X8 k3 j0 s- @* t8 D0 W$ F
; G! U- \- x" {( ~$ m8 P

PCB 顶层布局

! I: w1 B: e! @: S) U, A

PCB 底层布局

PCB 底层布线

3.2、变压器绕制工艺：
* V2 s. l6 l# p% t  N6 F% [
( z' n9 w- I9 p4 G3.2.1、电路示意图：
  C6 @+ o! B5 S3 C4 v

; A+ }2 D. X& J: {

3.2.2、规格参数：

1）骨架：EE19W 磁芯加厚立式（5+5PIN）,Ae＝46mm²；
9 Z/ C3 Y3 s; D& l6 p
0 Y9 Y' U8 b9 X  }2 h# G4 j6 X2）材质：TDK PC40 或同等材质；
+ ?8 n: {* @/ O0 u6 m- a
3）N1、N2: 2UEW 漆包线；N3: 三层绝缘线；

' s8 Q& h, v+ p0 {3 w5 g7 W4）次级绕组从变压器顶端进出线，磁芯接地

4 l1 J3 v9 h7 k, Y: n5）绝缘胶带:3M900 或同等材质；
; s; P4 a% ]. @8 c# T0 x
6）初级绕组感量 Lp：1.8mH±5%（测试条件：0.3V，10kHz）；

7 o8 I; X! |( [+ a% |* 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）)；

6 W1 q7 v. Y' F8）耐压测试= 3.3KV 5mA 1Min；

' g+ _. U) U) x2 O8 [9）成品要求:浸凡立水；

4 X3 W" `' C6 s+ U% k* O3.2.3、变压器参数:

1 y' ]; Z+ j9 j2 B. p- V% K

3.2.4、变压器结构图：
" O( X5 p9 A, `
1 ^1 G2 M3 A3 z# `$ y

4、性能测评：
9 ^  g% U1 n- }
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。
: w9 s8 o' D' p) k# B
# o+ r4 p3 e7 i/ d9 \4.1、输入特性：
4 d+ z2 a+ \6 ]  X9 Q4 u6 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。

表 1 待机功耗

表 2 输出 100%负载下的输入特性
# _) @+ K2 x9 o1 \' Y6 ?& c! I, P
% R5 |: ?) T/ w4 y, d

表 3 效率测试（1.5M 22AWG Cable）
# A- n+ Y# F* Z1 M4 y
1 x  J+ L9 F" u7 E2 F3 F8 ?

表 4 效率测试（PCB END）
: F; D7 r+ H/ o9 v3 l
/ Q$ i4 o% I: u; j. v$ [

表 5 能效等级评估（1.5M 22AWG Cable）

- ~$ _0 `& N) v# Z( L4.2、输出特性：
% I- D- p$ P7 l- m3 X
4.2.1、线性调整率和负载调整率: （ PCB END ）

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。
2 c3 b4 k- E+ L) v* x

& p0 M5 y$ P& ?0 ]

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

8 o" R" F- B" W+ L

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

R&N @ AC264V/60Hz,No Load

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

: V: P& }+ A* ?" N, J. j0 }4.3、保护功能：
9 v" W6 e% J1 Y4 F
, r: s/ A' ~3 P1 Z. o" v以下涉及过流保护、短路保护的测试。
) H" b- m( b  n9 v! T
4.3.1、过流保护：

& I6 Q) O" G" ^8 P% e. C4.3.2、短路保护：
4 E7 ?+ J7 y6 b' b' c
0 m+ h! M. s" l& |" M# {功率计电流量程 2.5A，开启平均值模式测量。

( Q7 [9 @' y  M4 {* s/ F8 z8 H! U" i
4.4、系统温升测试

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。

( @8 s* c) ~9 j& \9 j: a

测试样机及配套外壳

温升测试：(℃)

' \' j: u; M% F0 m7 D1 [/ P! F* c

) G6 u. P7 N9 O7 g4.5、动态测试：
. F3 U, {4 L% B" 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)

$ u+ @7 t8 B) c$ K5 ~

  v4 U: R& p, V5 `+ g9 c* E1 z

AC90V 5ms

AC90V 10ms

AC264V 5ms

2 D% ~+ x% n4 j9 Q8 u

AC264V 10ms

4.6、系统延时时间测试：

- K% M  A! O5 ?7 c& v, a

( ~% Q6 p* ^1 H8 |& ^

TON_DELAY  @ AC90V，100% Load

TON_DELAY  @ AC240V，100% Load

- Y) _. \, B, h- E% K/ Z! a

THOLD_UP @ AC90V，100% Load

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

4.7、其它重要波形测试：

  P0 [! P1 J; h% v" r9 ^3 oDRAIN（蓝色）端、CS（红色）端波形图：
6 P" Y& v7 F1 d) N8 P3 S

AC90/60Hz，100% load

AC115/60Hz，100% load

+ R  u5 W& ^0 }% G* I

AC230/50Hz，100% Load

+ `. c& R; B3 Q# ~- {

AC264/50Hz，100% load

其他波形测试

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

5 U4 W0 a# n+ i5 k  x测试条件：

% B/ Q0 Y5 }" N. `5 y输入：AC120V-60HZ/230V-50Hz；
' a1 D6 Z" |/ _$ O* ^
输出负载用大功率电阻；

限值标准参考：EN55013、EN55022B。（辐射测试结果仅供参考）
$ i5 |/ Q3 v, A- N' |! N. ]" u

AC120V/60Hz 传导 L 相

1 @) C' O3 Z0 z" t$ W3 Z1 S

AC120V/60Hz 传导 N 相

7 H. F9 d3 @% j( ^

AC230V/50Hz 传导 L 相

  y) s. I" r8 E

AC230V/50Hz 传导 N 相

& T. s4 Y0 p. `, h' D

AC115V/60Hz 辐射测试

AC230V/50Hz 辐射测试