基于高性能、副边检测电源芯片CR5249_12V1.5A适配器方案

思睿达小妹妹

% `$ {1 n! {9 h1 H% C1 |/ l( {( t$ ^本文，我们将介绍的是CR5249_18W 电源适配器解决方案。

01、样机介绍
1 W4 F* O9 `/ _2 U1 G  w3 n% P
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CR5249。
2 i4 a& B1 D' o& D5 Z2 U
& G# [- k# J$ u& O

CR5249_12V1.5A 工程样机示意图

4 e9 L4 X$ n! ]1 FCR5249
) K. G: X: M; ^) @
CR5249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，CR5249集成了多种工作模式。随着负载的变化，CR5249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。CR5249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。
. z9 D- E+ G/ c* p) f
. Q! X) M* a" E5 [7 I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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CR5249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。
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芯片特性
$ M" Z- y# e' f6 x" x7 C9 ]& Y: x
5 Z( p  ^- W; |* D9 t1 {; z● CR5249 是DIP8 封装的新型反激功率开关
● 内置软启动，减小MOSFET 的应力，内置斜坡补偿电路；
● 65kHz 开关频率，具有频率抖动功能，使其具有良好的EMI 特性；
● 264VAC 输入待机功耗:<75mW；
  b; I& {8 v: n) u& v! z. V● 具有“软启动、OCP、SCP、OTP、OVP 自动恢复等保护功能；
● 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。
$ |4 @" k* Y7 B1 O& O& O● 能效满足DOE Ⅵ 和CoC V5_T2 要求

: w4 |# _* M% o' z# J基本应用
! k7 k& ~+ Y$ o& n+ C1 u
● 电源适配器
● 开放式电源
2 y9 _. B* ]/ E1 {: ?$ g* Y# @● 数码相机和摄像机电源
● 电脑和服务器辅助电源
9 u2 T+ J1 o7 X: r: _● 机顶盒电源
9 r  }$ f$ w8 b● 掌上电脑电源

引脚分布

6 H' E) T) T9 ]" }- H+ ]( w& q

3 b5 [* k) t4 Z8 }; P2 i* m4 H引脚描述
9 A2 n" l. J* ^; p) p
. g& U8 A2 @2 \& A

" i8 B0 r; @6 a典型应用

7 K+ p2 n; |2 B, e

% f; U1 e+ b6 T# Y3 B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72mW；全电压输入时平均效率>86.43%；输出接22AWG1.5米线能够满足最严格的“COC_V5_T2” 能效标准。

: L: n) m: X% s7 O, t& Y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。
& V! u2 E5 t/ J: s$ c0 A5 L% }- @
$ N$ @8 t8 q, z5 K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。

% h9 J8 H  c- C' p9 q! t5 Y1 Q02、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：

- x- U# |. x6 u1 f$ z3 W% O
7 @0 \! y4 g4 G2 a3 ]2.2、输出特性(PCB END)：
0 s$ b5 {) @/ P. s; Z

2.3、整机参数：
; R4 Z9 e. y  @# E3 W: b  ^9 U5 f

: ?8 y. f. V" ]; d2.4、保护功能测试：
& ~. G+ v& @! u; R- `  q- o/ ]0 u

2.5、工作环境：
1 r7 T4 x9 ~0 e0 w* S

2.6 测试仪器：

03、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。
- w* B  [- Z8 C* I- M4 D; |
  V5 B, s# I' Z8 K; u3.1、电路原理图及BOM：

# Z: v' `2 P( o" J; M3.1.1 原理图：
4 r2 t6 W* j+ @5 T! y& d

6 E' R, z' n' F% ^- W3.1.2、元器件清单：
5 A6 J8 R" x, A
6 k: b9 w% }7 J& w

3.1.3、PCB 布局&布线：
) d. B5 y/ d  [' m* Q

PCB 顶层布局

PCB 底层布局

PCB 底层布线

3.2、变压器绕制工艺：
/ x1 m: a4 [* @& l( f
3.2.1、电路示意图：

. w: u0 n3 x: f$ b* ]: L3.2.2、规格参数：
* t: h3 J. _* B3 O: `- J3 K3 v9 G( Q
' s  G& ~/ i: f* J0 D1）骨架：EE19W 磁芯加厚立式（5+5PIN）,Ae＝46mm²；
% K% p. P  b" D# f2 o2）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；
- L4 f/ s6 b" `) M( x6）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）)；
8）耐压测试= 3.3KV 5mA 1Min；
% \' T2 j0 a7 ?9）成品要求:浸凡立水；
2 a3 X* E+ j! m" V1 a
3.2.3、变压器参数:
2 }- Q6 M  B5 q' r8 P

3.2.4、变压器结构图：
% _3 Q& _  }  i+ w) d
8 m& p" ]7 J5 M2 r* ]2 S; Q- Z  M

04、性能测评

9 `8 I5 k: x5 ^2 K2 R* b, ]$ V9 U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。

9 _- H! O2 w. g7 o9 `4.1、输入特性：
. M4 S$ L* {  R, d; ?
3 D$ J* R. }! i: @* F; j$ S- G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
+ H0 X& x5 _0 _: [- g1 W

* M9 J% J/ R! `1 X
表2 输出100%负载下的输入特性
  w4 \5 C( g; a/ z% Z

5 T# h1 |3 y- S- R( o
7 p$ e. p1 _; F( Z4 ~5 v) d1 ?表3 效率测试（1.5M 22AWG Cable）

0 c2 {- b- J8 d/ M' S# H9 b
4 B6 n& [* D. n- C表4 效率测试（PCB END）
) t$ {, N4 A3 T: k+ f  Z

" e8 @5 K1 O6 r  H( z5 u
表5 能效等级评估（1.5M 22AWG Cable）

4.2、输出特性：

' [- a* ?9 x2 W: Z, ]& ]) V1 k6 ~4.2.1 线性调整率和负载调整率: （ PCB END ）
. F- A0 l$ |9 W  l; M
; S* A1 q. A# B( V( }

& O! P2 S- ^0 z# D
1 b5 O, s; X) q/ [4.2.2、输出电压纹波：
" R9 F3 R2 D$ p' e& l/ M
0 L9 G% t% ~4 P4 @0 M  C0 `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。
- T) u" h! E1 a3 Y/ y

6 b) ~) N# m" p' f: D, D

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

. S3 U) L( h2 `- U% q

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

, V/ w  H1 p, y) _" x6 S: i

R&N @ AC264V/60Hz,No Load

( i9 q: U0 t! n2 j9 q5 C

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

4.3、保护功能：
- ?7 U- N& D! l3 Y4 h( j
/ E3 ?% {, s4 i1 r$ k8 h; V- h0 Q以下涉及过流保护、短路保护的测试。
) y% x* I8 H; A, Y8 `" H1 P9 k2 X
4.3.1、过流保护：

7 M. B% ~  v6 n& e* m; e4.3.2、短路保护：
6 K9 M. n- }. l9 v5 P
( a% C1 D& {  Z. g) o- A2 \功率计电流量程2.5A,开启平均值模式测量。
: }1 L9 M! P) ]. T

4.4、系统温升测试

6 A1 V- ~4 G8 R$ R5 C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。

测试样机及配套外壳

# `9 y, }6 J. A$ w1 A- I% }7 n
* v: D2 N6 w9 C/ f9 k7 L3 Q# l5 N

9 |9 w; i' c: y( E4 u' I$ M4.5、动态测试：
( z# A# `  F) t( v8 A) e
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)
+ v2 m7 C: H. @" e
$ g9 N/ L+ K4 T" z& M4 g! F

AC90V 5ms

AC90V 10ms

( e9 W2 c; O/ J" x# `/ O3 W- s/ p. J2 q

AC264V 5ms

AC264V 10ms

4.6、系统延时时间测试：
( L7 a$ X/ `! h- B
3 t- N( K, {! u+ }. ~

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

/ \  y3 {* B6 X) u+ t- N% \4.7、其它重要波形测试：

: y# o& f( o" a2 B5 i2 ~6 zDRAIN（蓝色）端、CS（红色）端波形图：
2 ?" L( C+ M- J: d3 V

AC90/60Hz，100% load

! X" d$ s; c5 j* g0 M2 }

AC115/60Hz，100% load

AC230/50Hz，100% Load

AC264/50Hz，100% load

$ R0 `! O9 c: q' f" k8 _+ R其他波形测试
: p8 q4 S7 X: F& k

AC264/50Hz，100% load 输出肖特基电压

- L) h8 k* J& a& @6 z( S# b

AC264/50Hz，输出短路，VDS VCS 波形

. \. ^5 T6 @4 |: @/ _05、EMI 评估测试测试条件：
, s. E3 ]5 q" h
输入：AC115V-60HZ/230V-50Hz；
输出负载50W 8Ω大功率电阻；
限值标准参考：EN55013、EN55022B。（辐射测试结果仅供参考）
2 K, u' ^" h1 B( X8 B  C$ G

AC115V/60Hz 传导L 相

AC115V/60Hz 传导N 相

AC230V/50Hz 传导L 相

AC230V/50Hz 传导N 相

4 I1 G8 m) K8 p% W

AC115V/60Hz 辐射测试

/ b5 C4 _$ d; U! Q% F

AC230V/50Hz 辐射测试