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

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, j% c7 [4 n# n& k+ W1 B本文，我们将介绍的是CR5249_18W 电源适配器解决方案。
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8 g; a( ~6 B. r, i( q01、样机介绍
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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。

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CR5249_12V1.5A 工程样机示意图

3 R5 }% h" p; S$ ECR5249

3 @, F  V, P( `  [9 N& ^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。
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4 x" D1 q7 _- V& [9 o, r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。

芯片特性
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● CR5249 是DIP8 封装的新型反激功率开关
# }5 x0 }: C9 N● 内置软启动，减小MOSFET 的应力，内置斜坡补偿电路；
/ @6 G6 n3 A4 v# p& N● 65kHz 开关频率，具有频率抖动功能，使其具有良好的EMI 特性；
  l! u, X7 d( R/ ]● 264VAC 输入待机功耗:<75mW；
● 具有“软启动、OCP、SCP、OTP、OVP 自动恢复等保护功能；
6 i( s/ Z% {! ?( G8 B● 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。
● 能效满足DOE Ⅵ 和CoC V5_T2 要求

% [4 ^8 m; q. `' ^7 C* O基本应用
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● 电源适配器
( M6 C. ~1 R: K: w! T● 开放式电源
! E" B' B( e0 N" L5 A● 数码相机和摄像机电源
9 I+ [2 Q1 V0 V1 a! }, u● 电脑和服务器辅助电源
+ W! p# `" P* J* i/ ]4 e● 机顶盒电源
: d6 s6 V$ h9 x, x9 Q● 掌上电脑电源
! A$ T' o6 ]  @+ G' |8 [8 K. l: }
. a) b) d# W2 O& f& m5 L/ q* d( [; N. ]引脚分布

* e! ^# d' h0 s

/ x1 u  h$ n) G) I+ C" r9 a2 G$ _引脚描述
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8 [5 @" w/ e& d3 ^3 j1 C) s; t典型应用
. X. |: b& a4 y  d$ m" P
' }( `, S# T. P  z

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。
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+ F- f* z" J/ y" V9 F9 ~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。

$ T2 ^' A: w1 l# |; @' H1 Y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。

- v3 {9 V6 v$ m, C$ Q, t' `02、样机特性
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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。
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, m# e2 D) k  ^2.1、输入特性：

2.2、输出特性(PCB END)：
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& t- U% s: I/ ~/ @6 v2.3、整机参数：

2.4、保护功能测试：
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* m; A/ W' [$ i3 ^" t" [6 a6 U+ w2.5、工作环境：
) w& T% z0 g1 E* q) q6 u

9 v$ b4 j) k- T2.6 测试仪器：
! h2 V3 s3 S  M, ^+ Z( y

03、样机结构信息
2 E; x! M: }  V) K. f1 T( z0 x. I
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。
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3.1、电路原理图及BOM：

3.1.1 原理图：

3.1.2、元器件清单：

1 `5 O& M/ `1 I  Z' o3.1.3、PCB 布局&布线：
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PCB 顶层布局

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PCB 底层布局

PCB 底层布线

8 A4 S& o$ `9 |$ m, q" N3.2、变压器绕制工艺：

3.2.1、电路示意图：
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3.2.2、规格参数：

  ^8 {: J; W* |& L: x; s+ N& O1）骨架：EE19W 磁芯加厚立式（5+5PIN）,Ae＝46mm²；
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
. E1 L$ d) C/ N3 A5）绝缘胶带:3M900 或同等材质；
6 J3 w: @; o% a3 L2 J* T; c5 Q6）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）)；
2 _3 ?& r; N5 {# |, Q9 t; ?8）耐压测试= 3.3KV 5mA 1Min；
2 Y$ l2 ]0 K: p+ V1 _9）成品要求:浸凡立水；

* S8 J  y( z8 d- }# X' B+ A  b7 v3 w3.2.3、变压器参数:
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3.2.4、变压器结构图：
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04、性能测评
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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。

8 ^9 V. z8 @7 ^! e4 q8 D6 }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。
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表1 待机功耗

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表2 输出100%负载下的输入特性

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表3 效率测试（1.5M 22AWG Cable）

* f8 @6 d, I. l表4 效率测试（PCB END）

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表5 能效等级评估（1.5M 22AWG Cable）
( I* D0 f$ n& f) ]: m2 r

4.2、输出特性：
( Z3 M# m3 t9 M& Y# K9 c9 D. O; a
# W" q& e$ S/ @" `1 a4.2.1 线性调整率和负载调整率: （ PCB END ）
6 k, r% w* N" U/ T) T3 O% q
$ a& L' K7 o3 U9 i

2 L, p$ F$ v2 V: j4.2.2、输出电压纹波：
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7 c% H1 ^+ o7 X5 x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。

9 H' y+ |5 S+ r7 }7 Z9 j/ K

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

" Y. o4 w9 w5 X, M; r

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

R&N @ AC264V/60Hz,No Load

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

- H- `4 r0 [6 }: M) \% S0 x4.3、保护功能：
6 d, o+ H6 S9 _+ y" p) o! o
以下涉及过流保护、短路保护的测试。
- x: ?+ \0 Y- X' p
4.3.1、过流保护：
& u  d( y2 _  T% T

8 @, G* J/ k5 w5 i+ z7 s  V1 G4.3.2、短路保护：
4 r' K2 u1 F( ~: u
功率计电流量程2.5A,开启平均值模式测量。
" c8 L  }" ]; ^

3 h# e) G7 K5 x: J( g4.4、系统温升测试

7 J! w0 m$ b+ |3 l% I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

4.5、动态测试：

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)

AC90V 5ms

AC90V 10ms

AC264V 5ms

9 ~8 k: X! `- @

AC264V 10ms

6 B$ M" r, V, \# p- D" R/ y( s4.6、系统延时时间测试：
2 c9 P# d$ F# y- _: }  g$ }, e
" K& e, ~, y+ t* c

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

1 b' K( u4 o, E4 L: A5 D' y

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

) A! N+ w9 e' |5 R4.7、其它重要波形测试：

DRAIN（蓝色）端、CS（红色）端波形图：
' }5 c- u4 A8 ]9 y% f

AC90/60Hz，100% load

4 {0 u6 O" u3 A) c

AC115/60Hz，100% load

AC230/50Hz，100% Load

9 `) i& F+ B0 N

AC264/50Hz，100% load

其他波形测试
! o2 n4 I0 ]3 A, F/ m! T

AC264/50Hz，100% load 输出肖特基电压

AC264/50Hz，输出短路，VDS VCS 波形

% B' ?9 t" a: p; g" p05、EMI 评估测试测试条件：

输入：AC115V-60HZ/230V-50Hz；
; e; W* }. _! w* e+ n$ c: i+ w8 G% X输出负载50W 8Ω大功率电阻；
4 Q! @* @- [2 E! l* `0 L( y限值标准参考：EN55013、EN55022B。（辐射测试结果仅供参考）
4 \2 g4 W1 O* }7 L& F  E

AC115V/60Hz 传导L 相

7 B* x/ D5 a* N

AC115V/60Hz 传导N 相

  z) ]. s$ r0 x* T, I. }) U3 l# u

AC230V/50Hz 传导L 相

AC230V/50Hz 传导N 相

0 a, ?* e7 Y3 s7 N4 P1 ?

AC115V/60Hz 辐射测试

AC230V/50Hz 辐射测试