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[方案] 释放"芯能力",加速国产替代!这份电源适配器方案干货十足

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发表于 2022-11-10 18:32:50 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 思睿达小妹妹 于 2022-11-10 18:41 编辑

在我们之前的文章,我们给大家介绍过基于本公司主推的CR5218SF 10.5W充电器方案 。该方案AC90V满足启动时间的条件下,实现AC264V样机待机功耗<75mW;典型输入电压时平均效率>82%。

接下来,我们将带的是另一个方案,该方案的样机是一款全电压实现12V1A输出的电源适配器,控制IC采用了本公司主推的CR5218SG。那么,这个方案有何不同呢?

1、样机介绍

该测试报告是基于能适用于宽输入电压范围且可恒压恒流输出的12W电源适配器样机,控制IC采用了本公司主推的CR5218SG。



CR5218SG_12V1A工程样机示意图

CR5218SG芯片

CR5218SG是一款高性能原边检测控制的PWM开关,具有快速启动功能,启动时间更短。CR5218SG内部采用了多模式控制的效率均衡技术,用于减少芯片系统待机功耗和提升效率,同时采用了初级电感量补偿技术和内部集成的输出线电压补偿 技术,保证了芯片在批量生产过程中CC/CV输出精度,内置的全电压功率自适 应补偿技术保证了系统在全电压范围(90V~264V)内输出恒定的功率。可以工作在双绕组和三绕组应用系统下,自供电功能保证芯片能够在任何条件下正常工作,极简的外围应用仍然能够保证电源系统的稳定可靠工作。

CR5218SG集成了多种功能和保护特性,包括欠压锁定(UVLO),软启,过温保护(OTP),逐周期电流限制(OCP),FB引脚开路和悬空保护,输出短路保护,前沿消隐等,使得芯片具有更高的可靠性。

芯片特性

● 内置快速启动,省启动电阻

● 内置自供电功能,省供电二极管

● 原边检测拓扑结构,无需光耦和431

● 全电压范围内高精度恒压和恒流输出

● 可编程CC/CV模式控制

● 采用多模式控制的效率均衡技术

● 内置输出线电压补偿功能

● 内置初级电感量偏差补偿功能

● 内置全电压功率自适应补偿功能

● 内置过温度保护功能

● 内置FB开路和短路保护功能

● 内置前沿消隐

● 逐周期过流保护

● 高功率密度封装,四引脚散热

● SOP-8L绿色封装

基本应用

● 小功率电源适配器

● 蜂窝电话充电器

● 圣诞灯、LED驱动器

● 替代线性调整器和RCC

典型应用


双绕组应用电路


三绕组应用电路
管脚排列


管脚描述


样机PCBA尺寸:53*35*19mm,是一款全电压实现12V1A输出的电源适配器。AC90V满足启动时间的条件下,实现AC264V样机待机功耗仅为53mW;同时效率能够满足最严格的“COC_V5_T2”能效标准;全电压可实现±5%的CC/CV输出精度。

整机(含套件外壳)可满足40℃环境温度满载温升测试要求。样机具良好的恒流输出效果;同时具有“软启动、OCP、SCP、OTP自动恢复”等多种保护功能。

样机的变压器,采用了EE16W加宽磁芯(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。

2.1 输入特性:

2.2 输出特性(PCB END):

2.3 整机参数:

2.4 保护功能测试:

2.5 工作环境:

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。

3.1 电路原理图及BOM:


3.1.1 原理图:


3.1.2 元器件清单:


3.1.3 PCB 布局&布线:

PCB 顶层布局&布线

PCB 底层布局&布线

3.2 变压器绕制工艺:

3.2.1 电路示意图:


3.2.2 规格参数:

1)骨架:EF1610加宽立式(5+5PIN),Ae=38mm²,槽宽5.5mm;
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
5)绝缘胶带:3M900或同等材质;
6)初级绕组感量Lp:1550uH±5%(测试条件:0.3V,10kHz);
7)漏感量LLK:要求控制在初级绕组的5%以内(测试条件:0.3V,10kHz);
8)耐压测试= 3KV 5mA 1Min;
9)成品要求:浸凡立水;

3.2.3 变压器参数:

3.2.4 变压器结构示意图:

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:

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

表3 效率测试(1.5M 24AWG Cable)

表4 效率测试(PCB END)

表5 能效等级评估(1.5M 24AWG Cable)

4.2 输出特性:

4.2.1 线性调整率和负载调整率: (1.5M 24AWG Cable)


4.2.2 输出恒流特性:


4.2.3 输出电压纹波:

注:纹波及噪声在1.5M 24AWG 处测试,测试端并联0.1uF/50V瓷片电容和10uF/50V 电解电容,带宽限制为20MHz。


R&N @ AC90V/60Hz,No Load

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

R&N @ AC264V/50Hz,No Load

R&N @ AC264V/50Hz,100% Load

4.3 保护功能:

以下涉及过流保护、短路保护的测试。

4.3.1 过流保护及恒流特性

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。

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1A。

测试样机及配套外壳

温升测试:

4.5 系统延时时间测试:


TON_DELAY @ AC100V,100% Load

TON_DELAY @ AC240V,100% Load

THOLD_UP @ AC100V,100% Load

THOLD_UP @ AC240V,100% Load

VOVER_SHOOT @ AC100V,100% Load

VOVER_SHOOT @ AC240V,100% Load

4.6 动态测试:

注:输出动态负载电流设置为10%到90%,并持续循环,电流上升/下降率设置为0.25A/us。

AC90V/60Hz

AC264V/50Hz
4.7 其它重要波形测试:

C 端(红色)、CS 端(浅蓝色)波形图:

AC90/60Hz,100% load

AC115/60Hz,100% load

AC230/50Hz,100% Load

AC264/50Hz,100% load

AC264/50Hz 输出肖特基

AC264/50Hz 输出短路C/CS

4.8 EMI 评估测试:

测试条件:
输入:AC115V/60Hz&230V/50Hz;
输出负载:水泥电阻;
限值标准参考:EN55013、EN55022B。(辐射测试结果仅供参考)

AC115V/60Hz L 相

AC115V/60Hz N 相

AC230V/50Hz L 相

AC230V/50Hz N 相

AC115V/60Hz 辐射

AC230V/50Hz 辐射

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