电源适配器如何实现绿色高效，稳定性强？试试这个方案呗~

思睿达小妹妹

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概述
0 {: @3 Q) h0 a+ ^( y
9 d9 \2 q3 S$ @/ [: C3 N% O( O随着电子信息产业的飞速发展，电源适配器的应用场合日趋广泛，对其性能的要求也变得日益严格，包括对其效率的要求，特别是随着全世界节能意识的提高，对电源的效率也提出了极为严格的要求。本文，我们将给大家介绍的是基于CR5269SSG电源适配器方案，采用SOP-8L绿色封装，满足能效六标准。
- F! @6 T  ]) Y) b; b2 i
5 }" F8 N- b: d, I  _1、样机介绍

1 e2 l: G, ^2 f1 r' R. n0 V4 V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12W，恒压输出的电源适配器样机，控制IC采用了公司主推的CR5269SSG。

+ q& W  t6 O+ q9 R

0 K4 a5 S2 ]& N$ B  d6 `  P) _3 I1 e

CR5269SSG_12V1A 工程样机示意图

CR5269SSG产品概述

CR5269SSG是一款高性能的电流控制型PWM开关，全电压范围内待机功耗小于75mW，满足能效六标准。为了减少待机功耗和提升效率，CR5269SSG集成了多种工作模式。随着负载的变化，CR5269SSG可以工作在三种不同的模式，并且每种模式都做了优化。当负载很重时，系统工作在传统的PWM（脉冲宽度调制）模式。当负载变轻时，系统进入PFM（脉冲频率调制）模式。在PFM模式下，随着负载的逐渐变轻，开关频率也逐渐的减小。CR5269SSG中独有的频率变换模块可以使开关频率平滑降低而不产生噪声。由于频率的降低，开关损耗也被有效的减小了。当负载继续降低而低于某一设定值时，系统进入PSM（跳频调制）模式。在PSM模式下，一些开关周期被跳过，这些周期内开关管完全关断，因此这种模式可进一步降低待机功耗。在上述的三种工作模式下，都集成了频率抖动功能，来提升系统的EMI特性。
; m2 R2 m) `. j& A2 ~( z' o4 n
; X7 v) J. w* d7 c% i. f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。
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CR5269SSG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。
- I2 e: @1 N( h6 @! n7 C& U
2 }9 b& ~3 l$ v2 j# q  t芯片特性：
% |6 W* t. ?4 x( j" V- k6 y● 全电压范围待机低于75mW
7 h) U6 L& h) z' K: f* k● 满足能效六级标准
● PSM模式降低待机功耗
● 内置软启动
● 良好的EMI特性
● 零噪声工作
● 典型65kHz开关频率
+ @6 T* {9 `2 ^& J* _● 电流模式控制
● 内置斜坡补偿
● 内置前沿消隐
● 启动电流和工作电流低
● VDD端过压保护
● 过载保护
4 Q) A9 D" P) [& R' z9 O. Y2 }● 逐周期过流保护
● 过温保护
$ L5 f7 \6 c& u/ u+ v1 a● 输出整流二极管短路保护
● 四引脚散热
● SOP-8L绿色封装
' L# F$ \9 Z3 {. _/ C8 K
基本应用
, r" E3 `8 g! Q: O6 ]# m● 电源适配器
9 T# S- k. e; o● 开放式电源
1 l6 H; q- g2 M● 数码相机和摄像机电源
! e( g: K" n* m4 H2 Q● 电脑和服务器辅助电源
' ~, |( }8 U8 C  {' f8 G, @● 机顶盒电源
7 t3 U8 P3 O4 Z● 掌上电脑电源

引脚分布
$ ?  \; W& E+ E, f

% q' E; [( `# T引脚描述
8 g1 X. Q" S- e5 h/ G, c

& _/ B8 u1 \1 t5 t9 a9 F( d典型应用

0 S) E3 h$ e# n6 K. _& Q! t样机PCBA尺寸：63*34*19mm( L*W*H),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样机待机功耗小于75mW；全电压输入时PCB平均效率84.09%；能够满足最严格的“COC_VI_T2” 能效标准；全电压可实现3%电压输出精度。

样机具有良好的动态负载能力，良好的恒流输出效果；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
* V9 r+ X% w4 k, H, C
8 ^; ]0 q, g# N5 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。

2.1、输入特性：

% P* ?, b: w4 I0 G9 f2.2、输出特性(PCB 端)：

% z1 s% A0 w: R) H& f# Q2.3、整机参数：
: p& R- w; y1 I" d  ], A

2.4、保护功能测试：
7 R6 p/ Y! A" h, f% j8 H! ~1 V

1 M2 F$ @6 P& Y, {2.5、工作环境：
5 _" Q0 Y4 Y4 f+ ~. ]

2.6、测试仪器：
+ y8 q! Q0 H1 l* [" Y

" V  t9 z6 l+ S' v  i5 y: x/ A$ }  Z3、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：
2 i" J; g- K' ]6 N; X& D) o

3.1.2、元器件清单：
, {& F0 |/ E# |1 B9 ?# i9 B

3.1.3、PCB 布局&布线：
" G. D4 H- t1 D: X1 b6 Z  R( G

PCB 顶层布局&布线

& q' [8 z) @  s2 @; m

PCB 底层布局&布线

" I9 C+ W9 u/ S, q' i2 G3 v0 o5 E! w3.2、变压器绕制工艺：

3.2.1、电路示意图：

3.2.2、规格参数：
0 X: |- Z$ I' s$ u1）骨架：EE16W 加宽立式（5+5PIN）,Ae＝38mm²；
. ~4 g! \/ w8 E0 w+ q7 T, k3 f  S2）材质：TDK PC40 或同等材质；
3）N1、N2、N3: 2UEW 漆包线；N4: 三层绝缘线；
, N. G% ?. O, O4）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：1.8mH±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：0.3 V，10kHz）)；
. p0 E0 p* L9 J: [. E$ n. M8）耐压测试= 3KV 5mA 1Min；
; q' P1 Q# a9 [* t6 c9）成品要求:浸凡立水；

3 N- {0 p, Z" p' K+ Z! M3.2.3、变压器参数:
/ q. i$ R6 L  D4 d, h: t0 t

5 a7 s6 k; V2 ~) P% C- E3.2.4 变压器结构图：

  s9 `) l! m( w8 ]3 @4、性能测评
8 Y9 y5 s: ~  A$ P; ~
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。
* j  J2 l) H+ V/ J( \: T9 X
; t1 ^% Q# c7 A. \4.1、输入特性：
. O. E5 \1 G( |, @+ `( g+ ~4 g
& ~2 }* U! h% @, H- y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。


4 G! r9 H4 V9 f' E表1 待机功耗

表2 输出100%负载下的输入特性

+ C9 ^/ x9 |) E6 Z表3 效率测试（PCB 端）
8 ~% X8 U! x* m( d- k. B

8 y  P% b( K: F2 \% G2 g5 F表4 效率测试（1.8m 24AWG Cable）

" ?  G; v0 I! g9 y, i% \表5 能效等级评估（PCB 端）
. d! P, q" S5 w; o

4.2、输出特性：
* h0 g) p& m' C" E5 ^/ W
4.2.1 线性调整率和负载调整率: （1.8m 24AWG Cable）
9 i) c% ~! ]: N8 O5 X( e

4.2.2、输出电压纹波：

8 {3 f& K' Z* n( u3 `: h注：纹波及噪声在PCB 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。

8 J- d" D# c% U' ~3 F2 B3 M: u. @, S2 ^

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

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

+ l+ t6 J+ m- Z* U% O

R&N @ AC264V/60Hz,No Load

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

6 Q/ ~% }2 S; ], K1 E+ g4.3 保护功能：

以下涉及过流保护、短路保护的测试。
9 ]* e  t$ t& V: ^# y' a/ v
4.3.1、过流保护：
3 p( N2 @( w/ Q  {* L5 G& ?

1 l$ c1 ^; T! I9 i3 r8 ~* d1 I7 Y4.3.2、短路保护：

+ a5 V; t; t. u功率计电流量程2.5A,开启平均值模式测量。
/ W6 r2 d: a2 G- f5 @! n

2 a3 C) Y$ y7 j4.4、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。
6 `4 Z6 w- s1 g

测试样机及配套外壳

温升测试：单位℃

4.5、动态测试：
* X( |8 C, F) A0 ]+ ?! ~
2 c) t: Q: J8 Z输出动态负载电流设置为3A 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。
# e5 V: q* {$ S' i9 I. M) @5 \

6 P) N# s% o8 J8 A6 h; r! \( w

AC90V 5ms

7 b5 n4 M7 h! F, \

AC90V 10ms

1 T) \+ N) E+ @' Q2 {, f' a" S

AC264V 5ms

AC264V 10ms

4.6、系统延时时间测试：

TON_DELAY  @ AC100V，100% Load

9 K6 E, k) o8 Z$ p6 Z0 e

TON_DELAY  @ AC240V，100% Load

3 q2 F& R" Y4 w7 ?8 a

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

* }6 Y3 h& X: G1 c" |6 i6 y

VOVER_SHORT @ AC100V，100% Load

: t) L4 F7 p( o

VOVER_SHORT @ AC240V，100% Load

# Y, b9 h  @$ E; d9 q4.7、其它重要波形测试：
' p) ]  Z1 }" a0 t
# f1 U* |  F& q, L2 ?5 n2 u/ R( tDRAIN（蓝色）端、CS（红色）端波形图：
/ B) ~- o' Z' h4 Z: k5 o5 ]+ B& @. E" d
$ j6 M4 ]' m5 I3 ^3 A

AC90/60Hz，100% load

4 }: |9 A6 o$ M  ?9 n4 B* p3 a

AC115/60Hz，100% load

6 C; ]% R6 U7 z. k1 J! Q: ^

AC230/50Hz，100% Load

# v5 q! t7 @+ a* ]; r

AC264/50Hz，100% load

+ L# n1 J/ F$ |. r+ @9 Y

AC264/50Hz，100% load 输出肖特基电压

AC264/50Hz，输出短路,IC 漏极、CS 波形

- e. o6 p3 w, k5 j  _9 u: p+ }5、 EMI 评估测试
5 k8 F1 L, y( N$ J
) V& R: `6 U9 v( n6 u" y测试条件：输入：AC115V/230V/50Hz；输出负载：使用大功率电阻；限值标准参考：EN55013、EN55022B。（辐射测试结果仅供参考）
4 T2 T) l% z6 d, l# J- V
" ~5 D7 z5 b: D$ T4 J# O8 {

AC115V/60Hz 传导L 相

, z- P, Q4 L+ g/ \3 K) t

AC115V/60Hz 传导N 相

$ ^- ~3 s: K0 g( m7 t) M

AC230V/50Hz 传导L 相

AC230V/50Hz 传导N 相

AC115V/50Hz 辐射测试

; ?+ [% o6 M! q2 O9 X

AC230V/50Hz 辐射测试