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

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
; e% T3 q" ~8 c! s! W2 s* V
* u- Y) h# m: ^" S7 F0 ~$ q, k" r2 R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。

5 p9 x; w9 l3 {

CR5249_12V1.5A 工程样机示意图

3 Y0 l. x9 J9 w$ \  LCR5249

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。

% T- f$ g8 o& l  B( d( h  v+ {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。
9 L5 r6 q9 q9 t4 U/ f
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。

( K# t* G- l% f) k8 E; T& t& m. D芯片特性
2 x: @: N- k5 d* n- P
● CR5249 是DIP8 封装的新型反激功率开关
$ _& v0 y! K9 K! h6 P, d● 内置软启动，减小MOSFET 的应力，内置斜坡补偿电路；
! D) k; {  u" v* B● 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；
' K. B! @# D, q. ?● 具有“软启动、OCP、SCP、OTP、OVP 自动恢复等保护功能；
; ]1 u! a. v/ b3 ]+ N% L# N● 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。
( l  j0 c& p, ?● 能效满足DOE Ⅵ 和CoC V5_T2 要求

基本应用
/ t; S: o: E7 z# t
+ M$ p0 @/ s0 H1 h) g0 J0 t( G* y● 电源适配器
● 开放式电源
! B4 k' Y9 \1 I' V! y● 数码相机和摄像机电源
● 电脑和服务器辅助电源
8 A1 @7 L* B5 |+ a● 机顶盒电源
● 掌上电脑电源
& v0 @" A, w' i( t$ b' B0 t  {
7 e) \; }' a3 C3 u% k引脚分布

& Q) \) g* K, \9 L+ s4 C引脚描述
" O; F0 i6 z) L) [  }1 ^

  x# m: Q) G9 Q# A( l; g典型应用
, X& S4 r& {8 o# T, X8 n7 b) K
: N8 @* u+ B) U1 Y0 f8 J. O

0 k. R8 |6 N, h, 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。
6 H. e( w7 }! z2 @, `1 q
3 S& A6 A2 K- F1 g) Q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。
9 t8 S- s5 b$ @+ R! `
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。

6 S. ^/ N7 B, l1 ~' o' k9 h" w02、样机特性
9 ?" j* c: C" M  [) w1 f/ X
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。

) d+ W9 N* M2 s% R, u) s2.1、输入特性：
( v2 {6 ~: d* L. b/ G& t$ n2 E

2.2、输出特性(PCB END)：
8 Z: F/ W$ _8 H: \8 p- v+ L. ^6 V$ g

4 A& T: ^5 @) x7 b. g: u8 }2.3、整机参数：
# H: Z6 u( U0 @4 S

2.4、保护功能测试：

8 e( l. \) g; T* F  J2.5、工作环境：
' a* `. ~$ }& I1 k

2.6 测试仪器：

03、样机结构信息

. ^5 X0 _. B. u+ @* s# ]% U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 ^  ]4 x. f2 P, A6 g
2 ~; C5 f& L3 ]# q- W+ x3.1、电路原理图及BOM：

3.1.1 原理图：
" w& s0 Z  e* R. W5 e1 `' u' U

/ R8 s7 z, n, x  ?" D  ]' X3.1.2、元器件清单：
' H2 i& T- ]" a' h  U

3.1.3、PCB 布局&布线：

9 U, p3 |; w3 s1 E3 O

PCB 顶层布局

3 D7 m* ^) b( U7 a3 w

PCB 底层布局

5 J& u/ R5 {$ n

PCB 底层布线

3.2、变压器绕制工艺：
! W4 {- [$ W, ]4 G* s
6 m; R  e2 j6 B6 B: n3.2.1、电路示意图：
2 h, b5 X% T1 V  p: n2 o" J6 w$ a

% N* }; z; @) a4 X, C1 C3.2.2、规格参数：

1）骨架：EE19W 磁芯加厚立式（5+5PIN）,Ae＝46mm²；
2）材质：TDK PC40 或同等材质；
) y/ Q5 v- d3 s! {8 I4 W& R: e3）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
3 T. N( s# Q8 q; B$ c" \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；
2 S2 y6 m" L$ J6 Q! u3 E4 F
$ _( z$ z! v! S9 X, L- h3.2.3、变压器参数:
* i: p/ D/ r9 m: \2 }4 v- u7 e

3.2.4、变压器结构图：

04、性能测评
3 V  S9 n  I) t$ _3 Z! i; L* 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。
1 n8 k; r& R9 n
& s0 |3 j: t5 s; K, u9 V! s& ~4.1、输入特性：
1 s, n  m' s2 c  R# N
9 s- }# y/ i( r  _' P+ y! v' D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。
6 E; S6 b% a! G& Y: f4 r0 A
- u: a$ F. v3 |% B3 }/ V表1 待机功耗

表2 输出100%负载下的输入特性

2 @" p* r8 X: Y' M: Q% ?; A! N表3 效率测试（1.5M 22AWG Cable）

表4 效率测试（PCB END）

# ]4 h8 E. n& @# s: v
1 J& c. L& L" ~7 P) P$ x% E表5 能效等级评估（1.5M 22AWG Cable）

7 r8 C& E' M; P# q4 u( K4.2、输出特性：
: z7 j& x* {4 a
4.2.1 线性调整率和负载调整率: （ PCB END ）
, {6 @" \) {% p  {/ I3 t
1 [1 D& R* s, l) H

2 S6 L9 D: F  M3 i" m' v
4.2.2、输出电压纹波：

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 V- W' S$ x5 K& q) u! f$ p' k

0 R, p5 ^# k1 p- e/ Q

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

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

9 x" ~/ k1 m. h0 q& b( f

R&N @ AC264V/60Hz,No Load

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

4.3、保护功能：

以下涉及过流保护、短路保护的测试。

+ {) v0 Y3 m* H/ _2 k+ G4.3.1、过流保护：

4.3.2、短路保护：

. Q) Q7 j8 G, w6 _; z; w功率计电流量程2.5A,开启平均值模式测量。
! a! `: t; q! R, G7 `

4.4、系统温升测试
6 `) S, U) q- r* p; o, W
/ ?* E. l% ?* Y5 ~5 ~! s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

7 i6 T) z& n9 C, t
& C; T- G: [: |4 ?8 f4 A- J8 f

7 U; ]0 [" t. t0 w! D4.5、动态测试：

3 i$ f( R& }: w8 k8 \& o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)
7 H. j8 q+ Z; ~/ a4 I
, D# G) P$ J( a9 r, G) F9 [

AC90V 5ms

. g; w% G0 i6 h2 j' y6 Y

AC90V 10ms

AC264V 5ms

7 `  z7 X) k" h

AC264V 10ms

4.6、系统延时时间测试：
9 Q7 Q* S' G/ m$ k

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

# D8 v9 z0 J0 o! O

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

4.7、其它重要波形测试：

& K: ~: c' n; p2 Y& E+ P8 I5 ADRAIN（蓝色）端、CS（红色）端波形图：
5 F* A; ?  O5 Q. D. Z8 f9 p, o. k
6 A( Q7 I% P7 }

AC90/60Hz，100% load

" E. n5 G+ N. I0 x3 \

AC115/60Hz，100% load

7 ?% ~9 }5 X9 ]) u) e3 a7 U

AC230/50Hz，100% Load

5 D% v9 L! m) G# c

AC264/50Hz，100% load

+ f( Y( n* l& l+ O% A4 b! v其他波形测试

6 f7 t! m5 K: A0 h$ ]

AC264/50Hz，100% load 输出肖特基电压

+ t6 E2 C' |/ l2 S9 o$ Q

AC264/50Hz，输出短路，VDS VCS 波形

* }$ p8 y+ W3 D1 a) _& m; f3 V) G- @05、EMI 评估测试测试条件：
# g/ n, q0 J* ?* U. l
输入：AC115V-60HZ/230V-50Hz；
输出负载50W 8Ω大功率电阻；
6 f* q9 x& X: D' a+ A1 T! Q限值标准参考：EN55013、EN55022B。（辐射测试结果仅供参考）
% K. T# h" h  y$ l& c* J0 d, a# B

AC115V/60Hz 传导L 相

9 u5 L2 Y  F, P& C: H

AC115V/60Hz 传导N 相

' _$ e% R$ s  m. F

AC230V/50Hz 传导L 相

AC230V/50Hz 传导N 相

AC115V/60Hz 辐射测试

AC230V/50Hz 辐射测试