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

) U/ g  a8 ~" E8 a/ {" }6 `. u
本文，我们将介绍的是CR5249_18W 电源适配器解决方案。

& S) Z' \9 h( s01、样机介绍

& k+ c* N2 q- e  C3 }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。

CR5249_12V1.5A 工程样机示意图

  Q: ^! D  \8 d$ yCR5249
1 T) e. o$ p7 K9 o( V
3 X( h5 C3 A& VCR5249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。

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。

: D" N0 d6 g( b8 p2 V: bCR5249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。

9 z3 Y* e  G8 U5 k; Y芯片特性
2 _9 ^. l+ Y, J- Y5 L6 X- e* a8 }
● CR5249 是DIP8 封装的新型反激功率开关
8 n8 a% y. W4 @' Q● 内置软启动，减小MOSFET 的应力，内置斜坡补偿电路；
+ `& d  g, B% @, g● 65kHz 开关频率，具有频率抖动功能，使其具有良好的EMI 特性；
$ y4 i: ]2 G& N/ V) E. p5 }1 o● 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；
* @. a9 u6 b# |2 x. R( ^& @● 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
0 v# \6 e/ a9 o$ N6 Z2 \2 p# l
) g: a% ?( V( x( G  L+ |( B0 I基本应用

8 }, a0 |) J9 s● 电源适配器
● 开放式电源
7 C3 v5 i; ~+ I* A6 t- }6 p● 数码相机和摄像机电源
● 电脑和服务器辅助电源
2 O- |6 \% d" b* a; e● 机顶盒电源
6 j4 Q5 a( j- l0 q7 H● 掌上电脑电源

) w9 S6 L+ w6 b0 Q, C( J. t1 F引脚分布

引脚描述

典型应用

! [1 d( K1 s6 V, ~9 w; R

- O+ O2 U! F! z1 \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。
: b$ g  Y9 Z$ A, \2 [* f
, [( G2 u- R5 m6 i0 a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 z- t" g, J. z2 p* U" a
, ?. t# H- c- Y. o# R9 c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。

3 h( L1 _& H- x0 x' e$ v7 f02、样机特性
0 P" U: w' n! a# a. q9 [6 {# X
! [4 {  q, I# ?: M/ t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。
; h7 N& K5 n8 t% n, Y5 H
. q- Z* A% d) {. H: G7 q2.1、输入特性：
7 \4 e! o) y: D* ]

1 k: {4 U& F& t+ k- W1 J
2.2、输出特性(PCB END)：

2.3、整机参数：
/ J' b7 M5 M# p

2.4、保护功能测试：

  t+ [6 M2 y8 r9 o1 P2.5、工作环境：

- G) @& E  R' q- X2 ?5 ^5 x! N7 q8 }2.6 测试仪器：

03、样机结构信息

1 _2 G/ J+ t& l  X* d: `  A7 Y& l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。

) q7 n2 S# x* K( q3.1、电路原理图及BOM：
2 ~9 P+ i* P- l* _8 m8 q
3.1.1 原理图：

3.1.2、元器件清单：

# u" {9 I) D$ U% o1 R! T  E, k

1 v) _: ]6 J9 h  v2 [+ T0 s5 E3.1.3、PCB 布局&布线：
: B; a) l. ~8 W9 J
2 h2 G  a  g# z; B" ]+ q; w

PCB 顶层布局

1 I+ V9 I5 H9 R" C: B; r

PCB 底层布局

9 O7 D# T) r, N& w! N" F

PCB 底层布线

3.2、变压器绕制工艺：

3.2.1、电路示意图：
$ ^6 m2 d- G5 z3 ]! r& w

# y/ _  z- M6 G1 |3.2.2、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；
3）N1、N2: 2UEW 漆包线；N3: 三层绝缘线；
- P( |$ U  t) @4 E) z4）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；
- n3 l% h$ h6 a6）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）)；
) N& p& ~0 }, K" i8）耐压测试= 3.3KV 5mA 1Min；
9）成品要求:浸凡立水；
+ j. @9 B; @- x3 \2 M1 U, |
) a' d9 q+ P" q* P! K- d3.2.3、变压器参数:

3.2.4、变压器结构图：

: c9 F9 j+ b5 o* ?0 N6 T04、性能测评
- X1 d. @, a/ Z  O8 {
+ [1 c: [" t: h5 l+ P$ Y) ^& x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。
$ p: M$ \6 x+ X
4.1、输入特性：
. C& k; }/ g* e2 E: K, `
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。

  Z& D1 V+ e1 x& ?; J6 @表1 待机功耗

表2 输出100%负载下的输入特性
1 @& u' Y) K5 l. y) C( B

5 _+ U9 q/ a9 m& P9 v/ U: ~
; e+ m# S# S6 `# n表3 效率测试（1.5M 22AWG Cable）

3 c7 u# }) j4 }$ x, L% W8 z
表4 效率测试（PCB END）

9 a5 n, z# @% q5 q2 {: ?8 u1 {
表5 能效等级评估（1.5M 22AWG Cable）
) q. I1 K2 D3 O

' f/ U; O5 `4 a
4.2、输出特性：

4.2.1 线性调整率和负载调整率: （ PCB END ）
' t, v$ O% n* w2 E
/ V* p& \: ?: F- ~$ U

# c/ r* r, K7 k4.2.2、输出电压纹波：
7 y0 q/ P, {% @! c# @% R7 C1 ~
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。

  G( v+ h6 e* L3 j2 E' n5 O$ {

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

) K1 P$ B7 b! x% Q+ f  v* d5 t

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

R&N @ AC264V/60Hz,No Load

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

$ k2 M) ]0 {. b+ W4.3、保护功能：

% ?5 L( d  i( D, |以下涉及过流保护、短路保护的测试。

4.3.1、过流保护：

8 R- S% z! A% _. @: m4.3.2、短路保护：

# B3 a' T" D: R: f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

, G3 [  `- C1 N% Y* m6 P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

* ~$ v5 ~" b+ D/ d9 A- Z8 m4.5、动态测试：
0 P* _) j4 k+ D) V" s$ h" N
! m0 ]# D, g5 [4 Y" N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)
- ~0 J6 I, |  G/ R! w

AC90V 5ms

. L6 `" g1 Y3 Z( R! Z

AC90V 10ms

AC264V 5ms

AC264V 10ms

. S) c  T9 @8 q1 L  L: ]& m5 H4.6、系统延时时间测试：
, u& r3 d+ s7 n. @, K8 y

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

4.7、其它重要波形测试：
$ R9 u% j7 B' S1 s
# ]$ O! c. X) ^  [; yDRAIN（蓝色）端、CS（红色）端波形图：
( o1 O: \5 j9 t+ R4 \$ ^. t9 N: q9 a0 B+ a
- ?- [8 Y4 y5 i( C- T

AC90/60Hz，100% load

' A% I3 {( }2 \5 C

AC115/60Hz，100% load

& m# U0 n7 ^# R/ C# o- m

AC230/50Hz，100% Load

AC264/50Hz，100% load

: L  g, \! u: s: \, Y- ?' t其他波形测试

2 O" Y+ E- v( ~9 ^5 u

AC264/50Hz，100% load 输出肖特基电压

AC264/50Hz，输出短路，VDS VCS 波形

( C  k5 D- o* U  A% A05、EMI 评估测试测试条件：
, L+ d2 q; y* r: l! [# ~
输入：AC115V-60HZ/230V-50Hz；
输出负载50W 8Ω大功率电阻；
, y) A' c, S4 O8 I! S+ |限值标准参考：EN55013、EN55022B。（辐射测试结果仅供参考）
9 p# C1 |' d* }

AC115V/60Hz 传导L 相

% i) _5 `% {: N; V

AC115V/60Hz 传导N 相

4 q( p6 d( \/ o  u) L4 F

AC230V/50Hz 传导L 相

2 k) t8 E, f9 Z6 Y, O  H1 Q

AC230V/50Hz 传导N 相

AC115V/60Hz 辐射测试

( {  S5 t3 r0 s3 e4 i

AC230V/50Hz 辐射测试