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一步到位满足充电需求!安利你一份实用的10.5W充电器方案

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发表于 2022-12-1 11:30:00 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 思睿达小妹妹 于 2022-12-1 11:47 编辑
. ?  W6 R5 W$ v& Q' A
$ w/ f! `  _# F& U6 q本文所介绍的是基于本公司主推的CR5241 10.5W充电器方案。其中,CR5241是一款采用内置高压功率MOSFET,具有优化的图腾驱动电路以及电流模式PWM控制器,适用于待机功耗<100mW的小功率AC/DC电源适配器、充电器电源。( E& g% l' e# ^" Z7 w" C' }- B

  x- R$ |& M1 B: d: z+ t* O( j7 z01、样机介绍
% s1 H8 {2 }& y2 ?0 Z# B4 K5 S
# f6 T% j  j9 f1 Q该测试报告是基于一个能适用于宽输入电压范围,输出功率10.5W,恒压输出的工程样机,控制IC采用了本公司主推的CR5241。$ w" R& z, \& [% s
5 e( c# H: d' ?5 A& l: {

5 s2 h9 W; T4 |; G( k; q
CR5241_5V2.1A 工程样机示意图
4 Q8 [( D. N" w, r8 X7 }
关于CR5241
6 F/ M: A+ p  y
0 |2 g% V# H3 t% E" [7 M) aCR5241是一款采用内置高压功率MOSFET,具有优化的图腾驱动电路以及电流模式PWM控制器,适用于待机功耗<100mW的小功率AC/DC电源适配器、充电器电源。. s7 p  j( c8 a% Q) l2 H' e

  T( ?( d/ i  i  z6 qCR5241在重载或中等负载时,工作在PWM模式,频率为65kHz。当负载逐渐减小时,振荡器的工作频率逐渐降低,最后稳定在22kHz左右。在空载和轻载时,电路采用间歇模式,有效的降低了待机功耗。
3 h) |! N' K% B! u: X& J  i' {, g: }& B
芯片还集成了最大输出功率动态补偿模块,从而保证系统在全电压交流输入范围(90V~264V)内最大输出功率点恒定。0 L' L$ p4 S3 }# `7 Z5 b: Q
* c# M  H& [* T. z
CR5241集成了多种功能和保护特性,包括欠压锁定(UVLO),VDD过压保护(OVP),软启动,过温保护(OTP),逐周期电流限制(OCP),过载保护(OLP),SENSE引脚悬空保护,GATE端箝位,前沿消隐等。
& f) c! ?: D7 @: Y5 K" D, h" E: k  P' M( y6 ?; F$ |# D
芯片特性" A0 c) f% D, v$ N

0 @! ~$ [$ D( L6 Y$ s" u. I4 K● CR5241 是采用内置600V 高压功率MOSFET,反激式PWM 功率开关;# T: @) ]3 S! \, u( E+ W$ d& X

# K/ J+ Y1 d- t7 J● 内置软启动,减小MOSFET 的应力,内置斜坡补偿电路;
) n( _. b$ l! @3 P! P5 C+ ^0 w7 `' Q+ w
● 65kHz 开关频率,具有频率抖动功能,使其具有良好的EMI 特性;9 ~1 c; a5 C2 Z

, e6 S3 g: `) N2 r: U& ?& h: Q7 o. K1 M● 全电压输入范围,待机功耗:< 100mW;
2 _% D* w( x4 j2 X7 ?/ B- I& E
: _0 \5 F; Q5 ?# s● 输出接20AWG 1.5 米,四点平均效率:>80.0%,满足“能源之星V2.0-VI 级能效”9 ]9 G8 ?6 y! X& {/ ~$ [
8 U; k7 W: V" `2 g
● 具有“软启动、OCP、SCP、OTP、OVP 自动恢复等保护功能;
! }4 ~9 p, F1 r, K0 {. \% x  w; l6 E9 z4 K3 x) [
● 电路结构简单、较少的外围元器件,适用于小功率AC/DC 电源适配器、充电器。
5 X$ k" U2 m' r( e, m
4 P6 v" i: ^. J, K- ?2 {0 F' w+ L基本应用
9 u% {8 l' m- f- E- Z4 f! W! m5 S  O2 T: M. h
● 电源适配器! O9 z3 G" j9 w
● 开放式电源
: l# J- k; w* y+ j  K● 数码相机和摄像机电源2 i( [7 R4 S1 F8 E+ z
● 电脑和服务器辅助电源
% y9 e- N: Q4 A/ I/ B8 u2 `● 机顶盒电源
# I, S* |  m8 b3 ~● 掌上电脑电源$ Q4 w% N1 m  \/ _

. N0 O& z6 q6 F  `9 [% L. j1 I$ F引脚分布# a( s2 w9 \+ S7 r& G& {! C- m

7 k/ \1 M. `% W" V, Z# L) J
引脚描述
" ]7 Q2 q  Y0 w9 e4 ]7 ?8 t" S9 y. W5 t; _; \' R
; o! @! x7 t$ U: V) U) l
典型应用7 ^$ C3 Q+ a+ V7 z( T) o4 W. K

; X! @4 ]. @  ?2 k! O

- F+ K- ?5 c  e: `( p( I3 v6 P% s该样机大小65mm×38mm,AC264V输入待机功耗<100mW,平均效率>80.0%,能够满足“能源之星V2.0 VI级能效”标准;具有“软启动、OCP、SCP、OTP、OVP自动恢复”等多种保护功能;由振荡电路产生的频率抖动,可以改善EMI特性。
! U0 _: a- l$ F) |% h
! s+ c: s( t* r7 t3 f4 W1 f样机的变压器,采用了EPC17磁芯(PC40材质),变压器绕制工艺部分,请见后文详细说明。' ~/ r  Z: K; X/ Q4 }9 \
8 j2 A. G( \+ n$ x+ }
02、样机特性7 x# ?, J& a" c# T* |

9 J# g* T: T. {% `/ D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。  p2 u0 b: n* O% G2 u( `# E% h
; n2 e* O2 H! @; d) D
2.1、输入特性:7 n% Q4 r. ^, g: i
* x7 @5 `' o# J. h% s8 v
2.2、输出特性:
. C% g$ O+ y' X5 r

% W/ Q. V: n( ^* o4 x8 k- q2.3、整机参数:
) L( C6 C8 a% D& m

% W  i1 `, H, G* T2.4、保护功能测试:) w  X. N# L) x6 v) G. {: a; f
; {3 ?* f* A& k3 g- e4 P# V
2.5、工作环境:  b# d7 H: B; ?

: }9 I- E( q# U, [; x- p2.6、测试仪器
/ f' `7 _/ `# ~- W

# [# @7 ]  o4 C  j, J03、样机结构信息
7 a8 f. O* ^) [4 H& Z- Z. i9 H: e2 @& w) n
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。1 Q" D) i0 p* G- y

: a; n' h' N( Z3 b" `( w3.1、电路原理图及PCB 版图:
6 L  ^3 l7 i$ W' a. I4 D1 Y; d0 I- J7 T& H" w; T/ O( l
(1)原理图:! d3 n* Q0 w8 B4 k4 |8 ~& s

5 [( @2 l. j& q* J  z
(2)PCB 版图:6 H  r/ N# [7 Z" o4 D" H

# w. o" X7 K3 N8 G! @  V
) b) [6 z% l2 Q
- J' k8 l! Z! Z
1 P, f6 }5 \/ M: f6 s5 ^
3.2、变压器绕制工艺:
2 F1 C, Z3 d% X: ^. e8 q
0 q+ [7 i/ i$ t9 u1)电路示意图:6 P2 Q6 h1 k) l' e9 S" }
9 M% F2 R1 r& D$ a& ~: h. L$ v
(2)规格参数:( u0 L' l1 S' _8 Q1 g

1 [; p6 h8 [, S* d9 B* S1 ]) H% P1)骨架:EPC17 立式(5PIN),Ae=22.8mm²;% ~# ^+ V7 I( C  X; f" f
2)材质:TDK PC40 或同等材质;  |. V2 S' Y! D1 A
3)初级、反馈、屏蔽: 2UEW 漆包线9 d5 `% H- }2 x! [4 c
4)次级: 三层绝缘线! i* ]; i; Y2 ?4 ?7 Y9 k
5)绝缘胶带:3M1298 或同等材质2 w" s( I. {; v& E4 U* X
6)初级绕组感量Lp:3mH±5%(测试条件:0.25V,1kHz);
/ q# Q& z6 b: T6 Y% x9 y% f% x/ i7 y7)漏感量LLK:要求控制在初级绕组的5%以内(测试条件:0.25V,10kHz))- d- j, K6 c  j# x+ i/ z
8)耐压测试= 3KV 5mA 1Min
8 k- e8 w# y5 v: Z9)成品要求:浸凡立水
1 h! \% r0 b8 n; w  f: M/ ?/ W" Q0 K' ~- s
(3)、变压器参数:
! H+ Z7 ~; W: ^: Y% D) |5 ~2 T+ O. F( g* D
# R3 u7 V  \" s; N7 s' a5 n
(4)、变压器结构图:
( J$ |% Y! A( L: g+ {/ J
3.3、元器件清单:3 a5 x4 {% h5 V5 ~. F& g7 @

) d5 `9 B) t; C2 u3 }- }( D
9 k  l7 G$ c# T- h* T7 m
04、性能测评" Z' V1 k* x) P- q
: W$ e2 w5 d: ]7 d9 D# g; y
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 \, |6 v0 [/ {- q; o
! I% i0 i  j8 _& K, Y- d4.1、输入特性:
! V4 L% U" C- J3 W3 t
2 ~6 [0 W9 U4 p- y9 D本模板经过在不同的输入电压(从90VAC到264VAC)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。
1 J7 ~. w$ b3 ?) A" s2 g
# b$ a% }, G# [. U% ~0 Z. Y7 I/ z! ^) ~表1 、无负载待机功耗(无假负载):0 H' t" u, v* e' s7 y

/ K$ ?9 W. Q+ b$ {1 C% |2 |4 p0 D( S7 @. C9 u& N) j- o  @, c3 q" @
表2、输出带20AWG 1.5 米线测试100%载下的输入特性
) U' T& }/ |) n7 d+ l; `/ H% e3 j

% _5 K- z" d% D6 x( |+ F
/ T% S+ ~8 V- P- R表3、输出外接20AWG 1.5 米线测试的效率特性:- ~/ q1 A, \. y) G( v! |8 b" J: V

5 W; ?  S7 j) B7 v/ j7 G4 N, j3 R
表4、电源板PCB 端口测试的效率特性:
+ S9 W! W! [  v$ j. Z- k
& [. D% O* \: p
4.2、输出特性:
+ C2 U* A; @1 _% z+ l0 u) C0 Q7 \
& S2 V2 u1 z6 @9 L) A( w- ~注:以下数据均为外接20AWG 1.5 米线测试;
6 \! }" v2 x6 D1 A9 ]
9 J% d. m7 n( b. `7 x/ Z  T. D4.2.1、线性调整率和负载调整率:" N8 U7 x" S0 M+ W. V! B
: q0 w7 }8 y* l( _, ?$ j  Y
表4 线性调整率和负载调整率:0 w% S  I' d; ]' x3 w+ V
4.2.2、输出电压纹波:
7 q# z! X$ c+ Y9 \$ U8 }" D& F0 ?% O) u' k* i3 i( m
注:纹波及噪音在20AWG/1.5 米线端测得,此线端并联10uF/50V 电解电容和0.1uF/50V CBB 电容,示波器带宽限制为20MHz。/ N# l0 A, s6 L& q% [
# s/ E' B" ?3 _9 R2 |" D
表5 电压纹波测试5 [2 F0 k! J& ~  h

8 i  Z) X' I& n' W纹波噪声波形图:
1 @( c9 g) S8 \4 h  y3 R; S2 C% Q+ e8 P; M+ ^( M
Fig1 R&N @ AC90V/60Hz, 100% load

: Y' N$ r6 C6 P& F
Fig2 R&N @ AC90V/60Hz,no load
  w7 [& D/ n, q6 [3 z
Fig3 R&N @ AC264V/50Hz,100% load
  V; Z: _+ _% [6 m/ K9 a
Fig4 R&N @ AC264V/50Hz,no load

  s5 S% T% }, }$ ?( r* `4.3、保护功能:
7 {* e' |6 G* Q4 m' \2 {
' \- ~  U8 u" [) g1 B5 |以下涉及过流保护、短路保护的测试。
9 ~$ w, m7 ?4 G2 |2 K) O3 U" e# c  W$ c
4.3.1、过流保护:- T" f0 H* ?# ?" c
* c+ M! G5 }1 m# m/ o4 R

# k* f6 K& c: G' }+ X; [4.3.2、短路保护:功率计限流电流为2.5A
4 q" a/ c1 g1 v/ X2 N! v# `  a

' x' q& [3 D9 F05、其它重要波形测试
$ u) I0 E2 F7 D. z8 G- u; H# R' C0 ~/ F: n( B  U2 b
DRAIN(绿)端、CS(蓝色)端波形图:% F1 c! `( {0 ]) G9 Z# i+ o! D! k! I
, ^5 d/ @% l$ I* n/ E4 y/ d" k9 \, S
AC90/60Hz,100% Load
* n* C/ H9 I- \1 X
AC115/60Hz,100% load
! ~( u/ w0 t+ }7 O$ j
AC230/50Hz,100% load
% `4 ~% o3 v1 R2 F
AC264/50Hz,100% load

3 q: a# B  v0 d
AC115/60Hz,100%load 启动时间=2.4S

4 U* O) |) y; j/ y. I
AC264/50Hz,100%load 启动时间=980mS

5 o& C  z! V" X) N5 B06、EMI 评估测试
' Q4 O: @" H3 h% t8 p. m; j7 u2 x; v( c$ d9 m
测试条件:! ^7 O- K  B& w
% o: f. a( ^8 W/ {9 m0 o  F
输入:230VAC50Hz;
2 n' _# A+ Q; D9 T0 B- Z: q输出电流:2.1A;
2 m# q" i& x, _: G& y负载类型:电阻;
6 I5 _" `1 \- ]" i4 }0 f& }限值标准参考:EN55013、EN55022B4 j( P; T+ M8 L8 v! s3 ?
( Y6 S& O8 x1 M. G6 `4 a* d7 X1 E7 q- P
传导L 线测试PK+AV
$ }9 f8 \$ Y0 ]% G  ]
传导N 线测试PK+AV

, E: Q+ F' N( A! c# n( Q; Z$ j4 @
辐射测试PK+AV

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