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

( R% a1 s2 M' P1 x
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

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。
% q! a9 D1 u  r

CR5249_12V1.5A 工程样机示意图

1 X. I2 v4 F" O% `; ZCR5249

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。

! _% ]' M9 e8 M- r' s2 Y5 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。

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

* C" q5 E3 M: n3 }. ~" f● 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；
0 J( h8 T6 m: {% ?" g● 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；
● 具有“软启动、OCP、SCP、OTP、OVP 自动恢复等保护功能；
' E% |4 R+ w# _) |9 |. k0 l+ E● 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。
1 `" j6 K$ L5 {% l3 F; t4 q1 h/ g● 能效满足DOE Ⅵ 和CoC V5_T2 要求

基本应用
4 w9 x9 D5 L' I  B% ~# n7 Y. a
● 电源适配器
● 开放式电源
● 数码相机和摄像机电源
● 电脑和服务器辅助电源
/ i9 a# V+ J9 U/ Z" ~2 I" F● 机顶盒电源
● 掌上电脑电源
! F$ D" C; O9 G! r" n- F( Q4 M9 R9 b
. D1 g8 m: x. c引脚分布
6 y% D1 g6 s4 c2 m

引脚描述
4 X7 B' ]. F1 L' R2 P4 x8 K

典型应用

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。

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。

8 J4 g: X5 |% n) ^. v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。
1 D5 c2 j/ s- C, D4 l
02、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。

# h# d$ P! Q% J2.1、输入特性：

2 D( Z; E; Y: R$ J5 M& w
, M0 f7 t# H! b8 \/ u9 @2.2、输出特性(PCB END)：

2.3、整机参数：

2.4、保护功能测试：
) P- C! U% ~3 g

/ E, H6 C9 i- b% c3 O2 [2.5、工作环境：
% Q5 U* e+ c: n- H6 G

% ^" m; z2 L0 ~9 Q, N2.6 测试仪器：

03、样机结构信息
& R6 C* ~# \- H5 ?0 n8 C; @
( c- Z% `; a9 A, ]& F+ K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。

, c5 a0 s; r, L+ I3.1、电路原理图及BOM：
! ?  k; V9 ~! g' X6 j
, A1 Q* x  F" B# a3.1.1 原理图：
  P& N5 g* N  Z. e; X

! [2 j. ]( Z% f. y$ m1 Z0 _3.1.2、元器件清单：

$ C) A5 V! D+ T) R6 n3.1.3、PCB 布局&布线：

PCB 顶层布局

PCB 底层布局

/ B  X4 P' L* z- l% o# A

PCB 底层布线

$ g& O8 N: C  C# G: d3.2、变压器绕制工艺：
/ M2 Z( t! t) B1 X, G
3.2.1、电路示意图：
" @& v8 q# T: H: b2 s! ?; r
5 T/ P) F/ D+ y/ \  B; L

6 F$ u6 d+ ~4 r' x6 D3.2.2、规格参数：

1）骨架：EE19W 磁芯加厚立式（5+5PIN）,Ae＝46mm²；
* `: a# v, @) b3 ^0 w- J2）材质：TDK PC40 或同等材质；
7 F4 V0 }( [1 V, t: h3 w5 V3）N1、N2: 2UEW 漆包线；N3: 三层绝缘线；
, V5 F4 X9 S4 P8 `) O" A& U4）次级绕组从变压器顶端进出线，磁芯接地
6 m* n% ~- t2 V. {1 V. ^1 W7 D5）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）；
0 a. `8 Q$ ^! f, D/ B7）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）)；
& W% r0 E$ h8 x6 Q/ D9 h0 ~8）耐压测试= 3.3KV 5mA 1Min；
9）成品要求:浸凡立水；

" _6 q% m$ X! M7 o5 @( f0 L7 _3.2.3、变压器参数:

3.2.4、变压器结构图：

' {6 R! n. K6 x; ^) r: x* g, K

( q3 [- R6 n$ z& B1 K9 Y9 o04、性能测评
, i3 W5 k) Q% u& G" _2 G
5 F5 Y- |! [1 \0 I8 Q& q7 F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。
$ L# @3 L- F; |# X( Y
4.1、输入特性：
# ~9 `+ a- q3 v* }& ?
. Q9 T3 T  Y9 k$ c# p- {3 T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。
& q8 q' Z& s: X4 H3 Q8 J
& c4 W  k. V, c表1 待机功耗

- S: z' h/ o3 k- [( P- u( f
; _- R1 {/ V* F$ g4 h: r+ f! d- A表2 输出100%负载下的输入特性
3 A$ k* x+ `1 J

3 n& L. ]) r+ O" J) v
表3 效率测试（1.5M 22AWG Cable）
5 P6 C& t  f; r% R: \7 {3 [

  n* {( e! p: ~0 M$ y
0 O0 M; E) Y0 M, X* M表4 效率测试（PCB END）

5 k$ e2 e0 B; ^8 p& }: u* [/ F) C
' V" d6 }% a, q5 Q表5 能效等级评估（1.5M 22AWG Cable）
0 n9 p( c; K, a' x, u9 g; P7 S

6 }- ~! R) I2 L1 K$ s4 d- g
$ p' `$ Y! R6 {1 k. X4.2、输出特性：

, c# q8 l4 u8 s9 B5 ]& S4.2.1 线性调整率和负载调整率: （ PCB END ）
) }( s+ ^; y( c2 X6 M, u" i
) h% e1 B/ `* a6 J

4.2.2、输出电压纹波：
' A1 y3 a0 z' q7 K/ X1 t8 r, R
* f5 K7 I0 M# C5 {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。

0 Y2 D1 D" H* O. o1 x

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

# y6 d9 ^. v5 o8 O: t  `

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

R&N @ AC264V/60Hz,No Load

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

4.3、保护功能：

+ A$ T7 u7 r, p5 }6 A# b以下涉及过流保护、短路保护的测试。
& ~( C; N9 H% f2 |! [
& e/ j1 Z' t* W* ~; u4.3.1、过流保护：
; J) n. d/ w: S4 X( e8 L

4.3.2、短路保护：

功率计电流量程2.5A,开启平均值模式测量。

4.4、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1.5A。
& q7 F5 U: g7 g" g8 s
9 N& a0 g6 r5 p$ Y8 _+ i

测试样机及配套外壳

- m/ C* r! |7 E4 L4.5、动态测试：

( e- A7 p6 f$ T2 u. I7 V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 j! C# y5 l) [( g: H) h7 C3 n

AC264V 10ms

4.6、系统延时时间测试：

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

6 u; `- i3 q) n6 R

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

; g7 \" ?# ~0 h' U4 ^+ F$ \5 p$ ^$ }$ f4.7、其它重要波形测试：
1 Q0 ~0 I; h, |
8 Z( P0 H0 p9 T4 K. o) H4 q9 IDRAIN（蓝色）端、CS（红色）端波形图：

0 A8 A. r2 |# ?' V: r, z3 d, w

AC90/60Hz，100% load

AC115/60Hz，100% load

AC230/50Hz，100% Load

- m( h4 n' \$ |

AC264/50Hz，100% load

+ m+ |) A2 F: p其他波形测试

  V  W! S% Z0 b: {1 {& j

AC264/50Hz，100% load 输出肖特基电压

) E4 Z( B7 M" M( [( M! h5 z

AC264/50Hz，输出短路，VDS VCS 波形

05、EMI 评估测试测试条件：

输入：AC115V-60HZ/230V-50Hz；
( u2 P, H# T& \3 G; u输出负载50W 8Ω大功率电阻；
6 e# K9 E. Y! l, X; c限值标准参考：EN55013、EN55022B。（辐射测试结果仅供参考）

% Q- E; I2 ^; C9 j' p" p& U

AC115V/60Hz 传导L 相

7 i2 K& `/ x# d+ U2 U

AC115V/60Hz 传导N 相

" T. k5 H3 @+ q9 l$ c2 w+ y' \

AC230V/50Hz 传导L 相

4 M( L0 j% K* C/ f

AC230V/50Hz 传导N 相

AC115V/60Hz 辐射测试

5 E- f& x# p: |% l

AC230V/50Hz 辐射测试