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两颗“芯”,带你参透24W电源适配器方案的奥妙之处

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发表于 2023-5-18 11:38:09 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 思睿达小妹妹 于 2023-5-18 11:58 编辑 4 w3 t8 p# I+ k2 i! S, u

  ]0 l8 F. p3 e7 P2 S电源适配器又叫外置电源,是小型便携式电子设备及电子电器的供电电压变换设备,常见于手机、液晶显示器和笔记本电脑等小型电子产品上。' {7 [9 \+ h4 Z( z! m
& E( v' p4 A* }# ^6 |$ c
电源适配器广泛应用于工业自动化控制、军工设备、科研设备、LED照明、工控设备、通讯设备、电力设备、仪器仪表、医疗设备、半导体制冷制热、空气净化器,电子冰箱,液晶显示器,LED灯具,通讯设备、安防、电脑机箱、数码产品和仪器类等领域,并且在这些领域都有着不可忽视的作用。
, V0 j9 n; \( g' X& B! C* B+ s- T) Q8 K) ?0 g3 [
今天要给大家介绍的是本公司24W电源适配器方案,该方案的控制IC采用了本公司主推的CR6267SM、CR85V25RSA。以下为方案的具体内容:- n6 R) v) ]$ T/ v) A- k

. P' S5 v) F7 L9 ~; I1 v01、样机介绍
; L# _( u. c5 @/ n/ h5 {5 O8 n, A: H* ~& x) |
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24W,恒压输出的工程样机,控制IC采用了本公司主推的CR6267SM、CR85V25RSA。3 c% ]$ P; h( ?% J" N1 [

! \; H. {) l: L6 i
% V& b$ V' A" }

  ?' O* G( [3 \* Y3 n! B
CR6267SM+CR85V25RSA_12V2A工程样机示意图
; }& O% y) c6 t+ e6 j/ @
CR6267SM芯片特性:. P; J% A, [6 H  Q
9 l4 y5 x4 A! P% ?. ?0 {
CR6267SM是一款高性能原边检测控制的PWM开关,待机功耗小于75mW。CR6267内部采用了多模式控制的效率均衡技术,用于优化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。2 |3 r! w- p2 Q3 D: K& m

* S, t5 i7 N3 E: hCR6267SM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),CS引脚悬空保护,输出短路保护,内置前沿消隐电路,输出整流二极管短路保护电路,输出过压保护电路。而且内置所有PIN脚悬空保护功能,使得芯片具有更高的可靠性。
2 {3 V: E! z: o* H* v! p: `# g/ F8 A
● CR6267SM是采用内置650V高压功率MOSFET;反激式原边检测PWM功率开关;5 C1 O4 c$ @( F+ W: B
● 待机功耗低于75mW
* d( p! y4 j0 I0 W● 原边检测拓扑结构,无需光耦和TL431
0 l: h( g' k! h: O# {● 全电压范围内高精度恒压和恒流输出& a, ]6 G( a1 @+ O3 v: Z6 I
● 可编程CC/CV模式控制3 z) ~; G7 w' {8 o1 G  }
● 高能效QR控制模式+ B! p  m( Y5 R0 L
● 内置输出线电压补偿功能
% C  e  V& c" b- C● 内置初级电感量偏差补偿功能7 n  Q% f) I( z6 R" u7 o+ |
● 内置全电压功率自适应补偿功能2 h/ t) V0 m1 g( u2 X3 Y- d
● 动态负载响应功能+ l- ~( g9 N* B' Y  X
● 内置过温度保护功能
1 G5 g+ s0 v' c: J( v8 C/ x● 内置输出短路保护功能
2 ?% E+ ^! U3 M6 L' w% L9 \; \( _; j● 内置前沿消隐' p/ h  Z  A0 T2 n
● 启动电流和工作电流低2 b! T; B' {3 ^+ [' D
● VDD端过压保护和钳位保护- p# `/ q( M: r
● 逐周期过流保护
( ~+ E4 z$ I8 G- b* v3 C& }7 k● 内置输出整流二极管短路保护
5 m# `/ U3 z4 n● 内置输出过压保护功能
, D# ^6 ], s# u0 Q● 内置所有PIN脚悬空保护功能
* q6 k( v& x; |! V: W: k% ?● 4个引脚散热
1 i$ Y  R2 Y' g' e5 K" x● SOP-8L绿色封装
& {$ D* L( E9 o
7 y+ c% Y+ T( m- b8 K: i基本应用, Q# ^+ X* v% O. x+ g* B2 s  p
● 小功率电源适配器4 a2 D' O; l8 D
● 蜂窝电话充电器
- g4 Y. w: R8 \! z/ y% l9 _9 A  g" B5 {● 数码电源充电器- }' d  I3 ]1 |' B: \/ l
● 电脑和服务器辅助电源% W: c3 d# o7 @5 p! h
● 替代线性调整器和RCC! i: Z% J6 U4 B% k3 ?

7 U; N: @8 v$ t/ n. g5 D4 \; k典型应用
. w3 Y+ V: D- \
' n( R3 f5 h/ ^% q7 T
引脚分布! c" |# g' L2 C: |

5 r. _7 \9 o* F引脚描述4 N$ w- K& i. x! L8 U' ]

- ~% j6 ~7 W8 T+ a' `5 gCR85V25RSA芯片特性:
- G5 G5 X7 Y# L9 r
( k+ o3 S! J# @$ o/ q* u! j/ @● 精简外围电路,应用简单的同步整流IC,用于CCM、DCM、QR模式;5 c4 ^; t4 p& t. E' z* o: a
● 具有自供电功能,设计方便可用于正端、负端应用;1 v* Z% R0 B& f- |# Q  `
● D端85V耐压,用于输出5~12V以内的应用。! }8 I; X2 L! y8 s8 E
; P/ q6 _* f& V& f2 m# n2 P
该样机是一款基于CR6267SM设计,全电压实现12V2A 24W功率输出。AC100V满足启动时间的条件下,实现AC240V样机待机功耗<75mW;典型输入电压时平均效率>86.8%;能够满足最严格的能效标准“COC_T2”;全电压可实现±5%的CC/CV输出精度。
( A* S' R7 g/ {; v" [- Q6 c
, l+ o" _/ f0 F2 s, a: E& B样机尺寸W*L*H:74*37mm*25mm,样机的变压器,采用了EE22加宽加厚磁芯(PC40材质),变压器绕制工艺部分,请见后文详细说明。
8 x7 I: z: G- _7 S; l3 {1 u2 l
! Y) r/ w* O: b3 mCR85V25RSA是一款采用内置85V功率MOSFET,具有CCM&QR&DCM模式下工作的同步整流IC。适用于输出2A电流以内的应用。; q1 S2 t* ^5 y  W
  [  D4 c$ s  }: R
02、样机特性
1 X8 j/ Q# P9 S( t/ c9 Q
: V! X- t6 p2 U4 l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。1 M- g' p3 \2 J! u4 q) I7 q
" B; M9 O: b* L5 r) |
2.1、输入特性:
* p" W) g+ I7 h- \* }

) V5 n- m' c7 ?5 U: J2.2、输出特性:
1 c; [3 Y; t% s" v" l$ @
) B( u/ q3 q. r: M8 b  l! l
2.3、整机参数:" |: y+ r2 {% R& T0 ~! ]

& q0 C6 W* I& [* `' Q; S9 X2.4、保护功能测试:' @) L& G/ m$ ]. }

9 y1 E+ G+ x5 Z" o& C. E$ g2.5、工作环境:) h9 o$ b3 P# P: F3 d8 ?! X

$ b7 n3 e- B0 B% E- ^- s2.6、测试仪器
* j' ]. Y, n* ~+ o! ?; g

8 \5 x8 _4 Z; ]* L; ?: p
% @+ g3 k  o; B9 x" ]- F03、样机结构信息
+ B( Y$ @( o& b. d$ k, [2 r  {/ E9 v0 B' Z( t" V5 G
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。
& t* v' t( r2 I! F0 u; ~6 z- e; M
% I3 M' C4 O0 l9 P9 R% N8 k- z' z$ }3.1、电路原理图及PCB版图:
! w' r: i* ^7 V: a4 D6 [3 _; X" q; z) T6 d0 P% F
原理图:
5 k2 X. z8 f- U) w: E# k
: u& _" X6 v; Q2 _
PCB版图:
9 f! B* O  s8 f1 q) U2 a
# Z% |( ?0 `# b# q- g6 ]
顶层布局图
$ s3 X$ R* N5 ^- S- p5 G# F  Z2 i
底层布局和线图
1 W, u* }. i' q2 Z2 z) {, d1 l
3.2、变压器绕制工艺:
2 [9 \( N+ X! {7 k! ?' ^) W/ E% P  a! |5 r  r* E5 b" z' F
(1)变压器电性及结构示意图:1 h* ]! E+ p9 [7 D9 h* L8 _- u, D

7 g  N/ T7 c" V0 g(2)规格参数:
: U2 C$ R( X4 k) p0 E0 O! _5 _0 D& b# z! ]' K6 E
1)骨架:EE22 立式加宽(7PIN),Ae=58.2mm²;% d8 P" Z; D; q( \  V
2)材质:TDK PC40 或同等材质;0 a& K9 V) f; V! P  Z9 Y+ b$ `. W
3)初级、反馈: 2UEW 漆包线
# h1 {; |: R% T" Q. R4)次级: 三层绝缘线. w* a; K- x* b- @* R  g
5)绝缘胶带:3M1298 或同等材质4 c7 g; }6 a+ ~5 i& J8 S: m
6)初级绕组感量Lp:0.9mH±5%(测试条件:0.25V,1kHz);/ t4 k' z2 Y. k( a  O
7)漏感量LLK:要求控制在初级绕组的5%以内(测试条件:0.25V,10kHz))+ z  K, e; [; F. U
8)耐压测试= 3KV 5mA 1Min
! C1 g  e- `( p8 M5 [0 C5 v9)成品要求:浸凡立水
9 z; V+ m4 j/ H. r
, C$ b( [$ N1 i& N$ z/ L(3)变压器参数:5 f5 S. n$ J) p8 Q* s! Q

4 l; \( G: o8 }: g3.3、元器件清单:
% x6 l% p  X3 {9 d6 o' u8 u5 O8 Y

) T9 b, X# z3 [' O9 B' a  i4 k, M  Q( m% r; Q& z( J3 v/ j
04、性能测评
, {! S. R+ @: G/ g# t
5 v1 D) c1 D; m) S) V& [7 [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。
" w4 G6 {; |. {& U3 V" U
1 d: }# e/ d& S4.1 输入特性:
" i" i7 N- X2 ?# K- S+ C
; B! W$ v. r; r# m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。) ~5 C) M8 B2 j  r  E3 ]& K7 E

* u0 C& C  s2 r5 X; l1 A表1、无负载待机功耗:% N4 f) y; \. z- O8 ?
! M+ g! z& e7 W
表2、输出100%载下的输入特性. q# D3 ~1 j4 W* e" I

$ Q+ j8 x& {3 v$ A/ D* K0 w表3、输出PCB端测试的效率特性:: l+ t/ F9 v  C& [# @( K3 y9 ~
% O: h3 \- `$ B7 `
4.2、输出特性:
# B2 Q/ N0 H% l1 L: H. z
" M5 h& ~  h3 S' a6 h; B4 y注:以下数据均为PCB端测试;( x' M3 k. O/ ^0 j0 W4 E
7 o( P5 E* N$ y- g6 L/ }5 }4 D1 X
4.2.1、线性调整率和负载调整率:
: P6 n0 Q$ s0 O* M
6 V- [! Q9 ?5 v% T! Z3 O9 Y2 O
4.2.2、输出电压纹波:% h6 H; u+ }( d7 u; c

: p/ k1 I( }1 ]  d' ?注:纹波及噪音在10cm线端测得,在此线端并联10uF/50V电解电容和0.1uF/50V CBB 电容,示波器带宽限制为20MHz。# U8 A3 h. U, h, G. q* p. |

6 ^9 C# ~- A/ G# |; M* B, P" W" Q

+ |: A0 M3 I8 H# M纹波噪声波形图:/ e4 h& D7 v8 W9 b# R
Fig1 R&N @ AC90V/60Hz,no load
/ A$ v2 D! c) G3 O2 p# S* ~
Fig2 R&N @ AC90V/60Hz, 100% load
, n3 y7 m) E+ n
Fig3 R&N @ AC264V/50Hz,no load

$ z, C4 _& _  ?1 k7 w
Fig4 R&N @ AC264V/50Hz,100% load

0 y2 E* u) D9 |6 a4.3 保护功能:
- R' Z9 P, G* ]+ s3 c
- ^0 a# O: p! Z9 J( S# Y+ A. p以下涉及过流保护、短路保护的测试。3 v4 _6 Y: z; [4 W0 a. J1 B
) D: [" }( z) b; t! s5 o1 L
4.3.1 过流保护:
7 D7 F7 t0 p6 _- n7 d" K4 H
( U# c* Y& w" E

! c/ d5 ~0 b& C2 f
  ~8 n- L1 ?4 _* V4.3.2 短路保护:
/ g5 W$ J  z- Y! v# \- B# g
$ J4 f' A& _/ w功率计限流电流为 2.5A* ~- @5 A; O. N' ^
$ {4 G3 G" X. f+ q6 M

" L8 z  g  R, o; ^1 I6 v" k* N- r7 h
4.4 动态测试:! E& s/ L* u4 t2 ?1 j

$ v. V' f% A, w7 n; B$ @注:输出动态负载电流设置为2A持续5ms/10ms,然后为0A持续5ms/10ms并持续循环,上升/下降设置为5A/uS。* f" e, Q6 J! n- k. X% f; A

6 {" H6 i9 T7 _. j7 d- ~

4 a6 x% _5 S% a/ u6 M
AC90V @ 5ms
# f' x+ L7 |* u2 X1 m3 B
AC90V @ 10ms
( w: \5 z, y* q/ L4 H3 C5 \
AC264V @ 5ms

) ?0 S0 b) ~" C3 ?- O( u8 ?) t4 @
AC264V @ 10ms

4 P- I; F' Z8 k& o4.5、系统延时时间测试:$ |) w; d6 `  a9 P- w. }$ h% o

. f4 c4 I& I7 w, l0 l8 Z注:AC端、VO输出端波形图。
, ^  c  ?$ W" q: E+ E0 q2 S0 d5 t3 h% Y( P" e
; `- O/ u. v# B; z- w, J
TON_DELAY @ AC100V,100% Load

' C# a6 \/ H7 a/ j' G
TON_DELAY @ AC240V,100% Load
( d! P; T8 C# f3 X  @
VOVER_SHORT @ AC100V,No Load

/ l4 P  y% L! g3 u
VOVER_SHORT @ AC240V,No Load

5 I  l4 w5 S( h5 ~. n05、其它重要波形测试
9 Q& m3 l$ O" N7 m4 j& ~, E+ c( t( I3 X; \4 j5 g4 X4 h& D* u9 L& T( G
DRAIN端、CS端波形图:
4 e9 p$ N- H% V1 h  h* V
" T- O  {; \  f# U) o$ i
AC90/60Hz,100% Load
0 E: b' v  @% a3 ?! c* r. K, F
AC115/60Hz,100% load

+ N1 \+ U6 m- E) \5 s* o/ B7 ?# ]7 ?" H" J
AC230/50Hz,100% load

1 Y" s2 b, b8 W6 N; t/ w& U
AC264/50Hz,100% load
! L! H- ^* q1 G1 B3 Z
AC264/50Hz,100% load 6267电压应力
$ i6 |8 p) F; b# l3 l+ L, S/ Z
AC264/50Hz,100% load 同步整流 电压应力

5 ^( ]/ k0 R/ l# @0 X06、温度测试
4 _! r* ]$ p0 M1 O6 T9 i' C
1 ]/ r7 `& l- n0 _! a测试条件:40℃环境下输出2A测试。6 I& B$ g' y! ?) J4 U

/ d. ~3 J8 W! @07、EMI评估测试: Q0 y% h( c8 s8 y' W: w
- Y! @% Y: k, Y% g: v4 O
测试条件:9 ^/ ?2 B6 L6 y
输出电流:2A  负载类型:电阻。
* D, h. n$ d, z5 o  j3 F限值标准参考:EN55013、EN55022B。  X& x6 X: o: z& {6 _! m+ q. |2 o
AC230V 传导 L 线测试 PK+AV
! @. s9 k/ ]/ R* h2 h( |: a7 J6 |9 O
AC230V 传导 N 线测试 PK+AV
7 O. h+ {' n. L) M& z, e, g
AC120V 传导 L 线测试 PK+AV

# e9 P# s* W+ w1 u; H: N
AC120V 传导 N 线测试 PK+AV

, w7 p6 n( A' ]2 s
AC230V 辐射测试 PK+AV

: r7 |8 }) r2 r; J1 b& F
AC120V 辐射测试 PK+AV

3 m) Y9 z0 E  Y+ w
AC230V 辐射测试 PK+AV DS 加 47pf 电容

8 F: p4 Z) \/ n  \; p
AC120V 辐射测试 PK+AV DS 加 47pf 电容

+ r: T$ l5 \7 @) I2 D3 g7 A  V3 D

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