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

, p" [' Y7 ^. b. R2 c2 I" E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。

) d" H  C$ }1 B% F  }3 C' b

CR5249_12V1.5A 工程样机示意图

9 }& f: H! s' h9 M0 j- E2 j4 wCR5249

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。
: C* p$ B1 {2 o8 @, s% \& H
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。

( c4 m' ]! s8 q. Q* @1 qCR5249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。
+ w( y* Y+ Q5 q3 k8 h  K( G- m
芯片特性
3 s( r& O8 @/ K  ^9 [( W9 J
1 q# |0 s! K" R+ N3 I● CR5249 是DIP8 封装的新型反激功率开关
* k0 H1 u3 d  M● 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；
● 264VAC 输入待机功耗:<75mW；
  {3 q& I; R7 G' w4 u: g9 c● 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。
; v+ n$ W% _! R0 \# A● 能效满足DOE Ⅵ 和CoC V5_T2 要求

基本应用

● 电源适配器
  G, G$ J) L) u● 开放式电源
' S5 `+ }2 u1 R4 u● 数码相机和摄像机电源
● 电脑和服务器辅助电源
● 机顶盒电源
. |( M& x/ ?* N) P) t● 掌上电脑电源

) {8 v! Z7 @6 ]5 @引脚分布
/ C( d; c" s* `( b

0 l+ |1 h) F' Y: }9 [引脚描述

8 p  h" N! Y# X( S2 `

( J$ ]0 n3 g* z$ k8 i$ b5 y典型应用

5 ^' O% i- V$ r" N0 y4 x0 ^: v- w; _

0 O0 R% L# [4 l$ {2 n( L* L2 t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。
4 E* T) S  `5 A: m
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。
. u- X# T3 B2 g3 p# s! S# S
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。

9 Z. j) p* U) z7 A' b# \02、样机特性

  I5 {: A0 w8 Z9 V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。
+ F7 B' L( T; B
5 s2 a1 q4 s1 M8 j2.1、输入特性：
2 V$ u4 w! q) B9 J" Y8 b

* n& n8 m: p$ i  j& D0 |
2.2、输出特性(PCB END)：

+ z9 h% F- }0 r/ l2.3、整机参数：
; @# s. ?1 C% d. s7 I

4 v' I' o3 T0 n, l2.4、保护功能测试：
4 n# s+ p  W+ [! l7 d$ v5 {1 N; K. S

2.5、工作环境：

4 Y8 `- H1 ^' r4 a. [1 ^" E  ~2.6 测试仪器：

03、样机结构信息
2 n, v, j! h+ }( O/ _
5 g* o3 J/ w; o3 V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：

: e6 r$ [( q% Q# l/ ~; O3.1.1 原理图：
2 N& J+ Z. o( K, j

. b3 A- U  l3 F+ |$ \6 A% |3.1.2、元器件清单：

) P6 {3 K2 P3 @

3.1.3、PCB 布局&布线：

+ r# N: @9 g% ~/ I7 w+ i" s5 N7 p

PCB 顶层布局

PCB 底层布局

PCB 底层布线

3.2、变压器绕制工艺：
1 C7 @* p* `9 a' A
! V1 i' v9 B/ T+ P9 [# Q3 ?; l6 B3.2.1、电路示意图：

3.2.2、规格参数：
7 s1 p/ [  U' s: R( g4 D
6 Z8 r2 z0 M. D  S1 n5 X1）骨架：EE19W 磁芯加厚立式（5+5PIN）,Ae＝46mm²；
  H" b/ u; N. O: X/ a2）材质：TDK PC40 或同等材质；
3）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
* M( p5 H4 D6 h+ E. @! E5）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 \% `4 M7 L& c( B8）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：
( W, y1 O0 `9 Y; Z# r6 {& O! l; B
, a  |5 R7 N6 S/ R

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。

( E9 }, ]) T8 i  g- {7 P4.1、输入特性：

6 M4 R) E+ G. w3 r6 }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。
0 n' O7 g8 _0 s) Q* ?& I- @: C( n- D+ e
表1 待机功耗

8 G) m* R( h$ y* b
表2 输出100%负载下的输入特性
" J/ X5 \9 w* v% T

表3 效率测试（1.5M 22AWG Cable）

3 V2 Z2 G) {  m  r& e
表4 效率测试（PCB END）
5 H" x" n! v" e3 ^: \( y; }$ I

! R! ^, @9 O( E
表5 能效等级评估（1.5M 22AWG Cable）

! T1 D+ a6 F/ q' H/ Y- V/ ~* V8 S
3 }# E: g4 ^3 h, z/ k4.2、输出特性：
; B  q/ j1 X+ k1 j
4.2.1 线性调整率和负载调整率: （ PCB END ）

* Q' D) K$ r4 r6 d2 q2 n0 t) `% u
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 d: c" a1 J2 |: ^

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

0 h  n/ U* u! u" 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：

0 H5 a! }7 j7 S, u4 l0 |以下涉及过流保护、短路保护的测试。

4.3.1、过流保护：
( _  E4 V* [5 j- G9 }

- b" P9 j, x6 u+ H; u4.3.2、短路保护：
7 e' T  p: }6 h0 V, z7 @& O
' M. ]/ R$ p8 ^: Q, R0 Y- S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
' Z  K( j7 P% I+ C  |
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。
0 K6 v( a( ^7 i) a& l
: S) b' z1 i4 L

测试样机及配套外壳

2 [$ b0 T0 R8 J& o6 X
+ A+ `% W; K% E

' l# M: |3 W# @3 c& ~4.5、动态测试：
& L2 J; U9 p. Z0 Z+ e! 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)

AC90V 5ms

9 V( c# n* a* h5 A/ J

AC90V 10ms

6 U- w% p3 @3 Q0 G

AC264V 5ms

AC264V 10ms

1 }" m7 u& [' {) v$ o( w2 V- [4.6、系统延时时间测试：
1 }/ t0 a- @" ?6 D

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

1 i- U" h8 J9 l4.7、其它重要波形测试：

* S: D, C( ^! t# ?) TDRAIN（蓝色）端、CS（红色）端波形图：

AC90/60Hz，100% load

AC115/60Hz，100% load

AC230/50Hz，100% Load

AC264/50Hz，100% load

- p/ I' R8 y: q5 `: H2 m* W+ K其他波形测试

AC264/50Hz，100% load 输出肖特基电压

AC264/50Hz，输出短路，VDS VCS 波形

05、EMI 评估测试测试条件：
7 {. }) b* j, A0 P
输入：AC115V-60HZ/230V-50Hz；
输出负载50W 8Ω大功率电阻；
8 l( ^- b. H; F- |$ C+ C' J- `7 u/ D限值标准参考：EN55013、EN55022B。（辐射测试结果仅供参考）
# E/ W7 {% ^% K
7 ^5 ?/ I# F0 B6 x" L

AC115V/60Hz 传导L 相

. u. i' U# ^. }0 d) ^

AC115V/60Hz 传导N 相

1 K! O6 S; o. d3 ]; W0 g

AC230V/50Hz 传导L 相

AC230V/50Hz 传导N 相

8 P6 t! E& u2 ?9 p# u

AC115V/60Hz 辐射测试

AC230V/50Hz 辐射测试