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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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

/ F7 A- j1 T* z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
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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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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

● CR5249 是DIP8 封装的新型反激功率开关
/ k: F$ W3 _0 Y● 内置软启动，减小MOSFET 的应力，内置斜坡补偿电路；
! k1 @+ ^, C% N  g; q# N● 65kHz 开关频率，具有频率抖动功能，使其具有良好的EMI 特性；
' ?1 ?' w' ?8 }6 L● 264VAC 输入待机功耗:<75mW；
7 t' _" z: |4 c# E0 V' c● 具有“软启动、OCP、SCP、OTP、OVP 自动恢复等保护功能；
, R) H; r* U6 x, w, P( B5 a● 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

( x2 I' k6 \) B5 F6 a- ?基本应用
0 x6 \( |$ _- b( s# h
3 l0 D7 q( d4 [; e● 电源适配器
● 开放式电源
6 H9 L3 B4 E9 P1 x0 t● 数码相机和摄像机电源
1 H" {7 E  q. ]2 a. Q! Q2 u, d● 电脑和服务器辅助电源
● 机顶盒电源
) T3 _1 n4 x3 r3 R+ N. N● 掌上电脑电源

引脚分布
/ |# t; C$ t8 Y  i

7 x" b* ~. g  y. \4 v5 l2 `: N引脚描述
5 r/ W8 N5 l% G2 z8 c. U7 O

典型应用
$ c7 q0 [9 o) O" y% R% e% `% p

) w4 W/ W' x5 t3 n( t; e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。

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 {3 y6 v$ n4 Q( q  M) m2 S02、样机特性
( N$ z! L8 K* n
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。
! |1 [. D- C6 g) L6 x$ L
8 l4 F& M. @4 J2 o, e0 Y2.1、输入特性：
7 L* W  r  X5 l3 q7 ^' @

) r5 V* P! B* D# i: F2.2、输出特性(PCB END)：

2.3、整机参数：
- i' C! S0 Y( Z; [& R2 q$ V

" Y  @% B! j$ ~; \, m+ W+ O2.4、保护功能测试：
* G5 ?( z! s, B/ T; q/ f- }  I. j

' E2 H4 H& Q4 D& [+ H2.5、工作环境：
3 O3 _9 G3 t! R9 g/ t* Q

2.6 测试仪器：
  p% y. l7 w( |3 V" E+ b3 O( e1 f( ^- N) A

03、样机结构信息
( a7 \. w2 }$ V1 Y. b) o
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。
! L$ f4 k! m% p+ k
, u, T  H- F" r1 o3.1、电路原理图及BOM：

3.1.1 原理图：
( \- W4 D9 @2 i" o

1 G; F2 u" Q" [& C. m9 z+ H/ j% X/ ?5 k3.1.2、元器件清单：
. C6 i% H9 G, E/ i2 I- I# s6 k5 n
1 p1 v5 [: [5 G! {$ U+ }' K+ {1 O

; X# k* g4 c+ d" x3.1.3、PCB 布局&布线：
( C( Q4 f  u6 X/ w6 n# u/ H
4 w* k% i$ _1 `2 L) {

PCB 顶层布局

PCB 底层布局

PCB 底层布线

3.2、变压器绕制工艺：
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. L% k6 ~6 e7 E& t3 N" S! y3.2.1、电路示意图：
( R2 w/ y; z  y: g: Q/ s
! k  B8 a$ Y$ Z

! a% v0 A( b2 S0 g3 b3.2.2、规格参数：
% X+ M4 F" I3 E% Q# C1 Z
0 s6 e. q; j; Z' u1）骨架：EE19W 磁芯加厚立式（5+5PIN）,Ae＝46mm²；
, `! M$ c( F* }+ Q2）材质：TDK PC40 或同等材质；
3）N1、N2: 2UEW 漆包线；N3: 三层绝缘线；
; @- G# |+ m3 n3 T4）次级绕组从变压器顶端进出线，磁芯接地
: H! x' ^2 E8 b0 J1 h& z  W5）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；
6 ~2 n5 w( o% }3 H! W$ }$ a
5 C* V" j/ ^, F. v) N3.2.3、变压器参数:
8 H4 R; _$ D0 k+ o5 l  T  ~9 u3 W; n

3.2.4、变压器结构图：
' f& C% d' f- i4 W2 ~

04、性能测评

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。

& \# Z6 m+ ?. i4.1、输入特性：
: ~! A0 u! |1 t! v' e7 u+ h2 E4 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。
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表1 待机功耗

0 P6 `0 X9 G7 |& k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）

1 r/ y+ \4 A% j/ T表4 效率测试（PCB END）
3 X/ G. v' E2 R$ j' G/ G+ s3 X0 F

; |+ W- i5 W* J表5 能效等级评估（1.5M 22AWG Cable）
8 w- H* B$ E+ O

4.2、输出特性：
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4.2.1 线性调整率和负载调整率: （ PCB END ）

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。
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. c9 k4 F8 F' X6 }: f( U. ^! W

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

3 [: r4 }! `3 ~8 t, T- d, M

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

R&N @ AC264V/60Hz,No Load

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

% ~3 _! ~6 f1 U# Q, R. o7 u% }4.3、保护功能：

$ I' f3 r4 ?7 o* S5 @8 {以下涉及过流保护、短路保护的测试。

4.3.1、过流保护：

5 E" B0 q" V& F6 X4.3.2、短路保护：

" S2 _% C/ ?: r0 l# G- o! `1 c- @- ~功率计电流量程2.5A,开启平均值模式测量。
* z) y/ }6 L; B8 `) y" {( p

4.4、系统温升测试
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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。
3 M/ A. {$ g2 y; s
9 q6 _7 I/ K0 f# |( B7 S3 a

测试样机及配套外壳

4.5、动态测试：
; Z4 ^6 r2 U5 g& w
3 [/ h" x0 [; _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)
# w! A+ l* Y1 e5 r) d# f
8 d: p* x8 P2 D6 @

AC90V 5ms

0 H9 o7 y' U' G* F1 l1 _

AC90V 10ms

! p# p0 p. E/ r' V; K2 y9 Z! I

AC264V 5ms

  V, U0 K) p6 e" l. Y1 k, v- z

AC264V 10ms

4.6、系统延时时间测试：

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

8 _2 ?! Q; E; O: y. b& H. ^7 L+ e

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

* h# N; z" @0 L

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

7 N5 \; f4 T, V4.7、其它重要波形测试：

7 {8 h) @% M) A0 [/ i) pDRAIN（蓝色）端、CS（红色）端波形图：
* Q+ \! l* T; j: l$ R7 u

AC90/60Hz，100% load

AC115/60Hz，100% load

AC230/50Hz，100% Load

& ?, a. s% F( o( r8 s5 [

AC264/50Hz，100% load

3 l" X* @1 l- i+ I" d; C5 y, k5 ?其他波形测试
! V; Y( g" h5 I

AC264/50Hz，100% load 输出肖特基电压

AC264/50Hz，输出短路，VDS VCS 波形

1 S3 e+ F! D7 @7 ^0 q, }05、EMI 评估测试测试条件：

输入：AC115V-60HZ/230V-50Hz；
输出负载50W 8Ω大功率电阻；
限值标准参考：EN55013、EN55022B。（辐射测试结果仅供参考）
: k0 v5 f3 F/ O/ o) C; s  r

AC115V/60Hz 传导L 相

AC115V/60Hz 传导N 相

AC230V/50Hz 传导L 相

  l: }4 S4 t3 V9 C: O2 r$ S# H. x

AC230V/50Hz 传导N 相

2 Z1 n- y/ k1 @' i3 v4 V( R

AC115V/60Hz 辐射测试

1 p, E& Y4 Q3 n& g6 ]6 J! k

AC230V/50Hz 辐射测试