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

' O# G1 O  a9 I3 X- r3 H本文，我们将介绍的是CR5249_18W 电源适配器解决方案。
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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。
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CR5249_12V1.5A 工程样机示意图

CR5249

0 O4 p9 H$ w" B" b& KCR5249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。

! v+ c0 g) K0 s" d7 {8 y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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: l% ~& j2 [) v* ?0 R: SCR5249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
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6 f  i. r8 T3 Z" M  l- ?● 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；
" T) L# Y) \1 O3 @) C1 D. z● 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；
● 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。
' t, W, A5 r# Q) i2 ~● 能效满足DOE Ⅵ 和CoC V5_T2 要求

% E6 x) `- x+ Y) A# m( X基本应用
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6 v4 V  I& a" O● 电源适配器
' v& f9 [+ l- U, M/ q' ?, }● 开放式电源
% N+ i7 l6 {5 N● 数码相机和摄像机电源
● 电脑和服务器辅助电源
  [8 i& O8 W& n8 c6 q% F● 机顶盒电源
& M7 X& y5 c# w/ q9 K+ M● 掌上电脑电源

引脚分布

1 _$ n5 F; w3 t# I) d引脚描述

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# d% ?% F7 r8 ~0 H  o典型应用

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0 t; R2 e" b$ h: H! C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。

7 w9 P# c: S4 ]% s+ e+ z. O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。
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, ], b8 w/ c- O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。

( c' D( L# E# d# }$ R7 h02、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。

2.1、输入特性：

, j( Q! ?4 R2 y6 V0 b2.2、输出特性(PCB END)：
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; M- X+ s, F- u* [& R8 n; z$ W2.3、整机参数：

2.4、保护功能测试：

2.5、工作环境：

2.6 测试仪器：
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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。

3.1、电路原理图及BOM：
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3.1.1 原理图：
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3.1.2、元器件清单：

3.1.3、PCB 布局&布线：
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PCB 顶层布局

' Y8 i, }, G* D8 g% p% x) w

PCB 底层布局

PCB 底层布线

3.2、变压器绕制工艺：

8 C# W3 M9 v5 B9 C2 H3.2.1、电路示意图：
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, |" `7 Z; F( {3.2.2、规格参数：

: f% P1 B- c+ y1）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；
* K  o3 X3 X4 H5 ~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；
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）)；
8）耐压测试= 3.3KV 5mA 1Min；
9）成品要求:浸凡立水；

3.2.3、变压器参数:

3.2.4、变压器结构图：

7 S9 V, T2 d/ `6 H* V$ c04、性能测评

0 s& o9 d. {1 r; l0 y$ p* o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。
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$ q( }9 l% |/ @% [8 R. c3 E2 ^( T4.1、输入特性：

8 o) X# x# ]0 Y) f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
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表2 输出100%负载下的输入特性

表3 效率测试（1.5M 22AWG Cable）

表4 效率测试（PCB END）

  g% @$ t- f& E+ e) ], b表5 能效等级评估（1.5M 22AWG Cable）
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; H) u1 L0 L" @& o$ Q$ |7 |
4.2、输出特性：

4 s4 s4 O; I/ B% y7 N4.2.1 线性调整率和负载调整率: （ PCB END ）

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4.2.2、输出电压纹波：
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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。

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/ V1 ~  y% ^% W  P. _

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

) Q! f, ^) o) ^0 h! |

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

R&N @ AC264V/60Hz,No Load

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

8 J1 p# b( E, X; @& m3 P4.3、保护功能：

以下涉及过流保护、短路保护的测试。
7 E6 r# H' k$ G1 m! M) L
$ P! @" o& \: S- c: m  E5 z5 \8 P4.3.1、过流保护：
5 k* i. P5 ]* j9 |5 |% ~

, @& @8 G9 a! v: |4.3.2、短路保护：
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- K, @6 G. P/ ]; b功率计电流量程2.5A,开启平均值模式测量。

$ _8 R% I% H$ f" `2 D7 ^; [4.4、系统温升测试

; N5 `; K1 [( h1 k! f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

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8 r, Z# M- \0 y- b0 o+ P% c* d7 A* V4.5、动态测试：
- J% G; ~2 k; I6 C
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)

' g" e; Z' D5 A( ^8 J' {4 H$ r

AC90V 5ms

4 N1 Y! z3 ~, ]

AC90V 10ms

AC264V 5ms

: z- W! ^& s$ P5 T

AC264V 10ms

4.6、系统延时时间测试：

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

  A; E1 y! f) n8 i) }

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

$ J% b* Y+ C. L" v0 R! U' z4.7、其它重要波形测试：

DRAIN（蓝色）端、CS（红色）端波形图：

- K7 I8 J8 o, T0 P0 m

AC90/60Hz，100% load

AC115/60Hz，100% load

AC230/50Hz，100% Load

5 h6 f* j6 \- H3 L! e9 d5 ^

AC264/50Hz，100% load

, G9 i; ^$ ~: D  d8 g; k其他波形测试

AC264/50Hz，100% load 输出肖特基电压

6 x& y5 j& Q1 h1 ^; v( }# l

AC264/50Hz，输出短路，VDS VCS 波形

0 C( L( m% y  m* ~05、EMI 评估测试测试条件：

' t4 ~/ K, t$ R( `9 l+ u  ]4 v输入：AC115V-60HZ/230V-50Hz；
8 |5 _$ h8 Y" U  k, w) ]输出负载50W 8Ω大功率电阻；
* p: V9 ~' {# N4 m" G4 F限值标准参考：EN55013、EN55022B。（辐射测试结果仅供参考）

: _1 G. q8 i+ d3 j8 D4 |* i% e

AC115V/60Hz 传导L 相

. H# P0 b2 O5 p4 f/ G/ I1 F1 L

AC115V/60Hz 传导N 相

AC230V/50Hz 传导L 相

4 G3 b; o9 [# y" J0 a  [

AC230V/50Hz 传导N 相

AC115V/60Hz 辐射测试

AC230V/50Hz 辐射测试