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

) N# R! G0 Q7 F; R
& X4 Y, k! ]1 b. s  t9 v; K4 D  |本文，我们将介绍的是CR5249_18W 电源适配器解决方案。

8 K  m5 S! E$ _; S% `, T7 ]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。

CR5249_12V1.5A 工程样机示意图

CR5249

9 z4 L: a+ \1 i8 b$ OCR5249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。
5 t' Z" @- o) g
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。

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。
' J8 S4 _) G8 {
: J. O% }- [: [7 t芯片特性
% H7 K5 s" M: I4 p% b$ ]# W
2 c  A0 \6 H" v& i● 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；
● 264VAC 输入待机功耗:<75mW；
4 W& _5 [0 O; a5 K● 具有“软启动、OCP、SCP、OTP、OVP 自动恢复等保护功能；
8 ]2 g9 ?& Z3 J1 [/ K( t● 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。
7 F: B$ D* M$ [4 W# E3 q● 能效满足DOE Ⅵ 和CoC V5_T2 要求

: A9 n8 p$ ?# z2 [  y基本应用

0 o1 }1 Z8 v& q8 J7 `( z, |9 [● 电源适配器
● 开放式电源
● 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
● 掌上电脑电源

% E  T6 P' {. n' g* O引脚分布
' j2 h. v4 ?$ E+ L( C

7 `0 Y8 d3 K5 q6 L引脚描述

典型应用
5 r6 R0 i* a4 J. r

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。
, F3 z% H  ?! P7 f; H0 l/ |+ k
% u8 g2 C3 I7 Q3 r+ j: E5 h) 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。
: ]( G! L9 T  |6 U! ?
02、样机特性
! u8 }/ ^& o6 O2 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。
% R$ ?1 @7 e# {6 ^' B+ v' P# w
" X0 |3 E. ^* ]  @2.1、输入特性：

2 U5 M2 e9 {/ D5 o& G( Z+ i6 {2 H
& r% C9 l6 i  W+ v( K7 M5 b2.2、输出特性(PCB END)：

+ K! O# p5 |/ s+ J+ P2.3、整机参数：
9 ?3 Z0 F3 J# P- Z5 t

2.4、保护功能测试：
! `- T0 i0 S. }6 [8 x, r

2.5、工作环境：
3 ]7 K+ B7 q, Z& ]- d

2.6 测试仪器：

03、样机结构信息
) \: w) \) g. ?& }8 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。

0 F+ j' w. E) C( R6 i5 B8 ~3 ~3.1、电路原理图及BOM：
) E  B1 O# w$ K. F6 F- b: L
3.1.1 原理图：

( `, G& F- B2 R$ Z9 L3.1.2、元器件清单：

( u  l; b2 M( O, w! w( ^, I, C3.1.3、PCB 布局&布线：

PCB 顶层布局

PCB 底层布局

PCB 底层布线

3.2、变压器绕制工艺：
' G6 e/ Y7 N% @3 u5 k
3.2.1、电路示意图：
/ x/ P7 x( }* E2 e7 c+ @

3.2.2、规格参数：
4 t! V, M# y& J# g5 n( f
1）骨架：EE19W 磁芯加厚立式（5+5PIN）,Ae＝46mm²；
2）材质：TDK PC40 或同等材质；
5 b" F" x8 X5 X* h3）N1、N2: 2UEW 漆包线；N3: 三层绝缘线；
. t+ e0 Y% s8 L% y; S4）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 C  {5 ]" a  m; a  E, `$ Z6）初级绕组感量Lp：1.8mH±5%（测试条件：0.3V，10kHz）；
4 C4 b9 r5 q; a) J- Q1 S7）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；
* ~+ u% }( l5 Z  k7 ?9）成品要求:浸凡立水；
9 L1 [# @) G5 k* |" X# X( x" J
5 D3 e( ^3 Q2 q0 p3.2.3、变压器参数:

3.2.4、变压器结构图：

* @! o3 e. V  G! }/ {

8 ~" F4 U% P1 L$ i* ~3 p! V04、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。
7 t( [& b; o0 I' x: u2 n% M
4.1、输入特性：

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。
/ _# J" p6 H; m, i9 `6 m: u
表1 待机功耗
" ~( _4 _6 p: L) H* K: M1 S2 O

4 ^# @* \9 M) B; Q
, a+ v3 a  `2 U" b3 E9 M表2 输出100%负载下的输入特性

! J/ b% q- X* ^+ S: x. Z
表3 效率测试（1.5M 22AWG Cable）
$ ^0 V. L) R7 t$ @8 A) O( [

" f$ Q* G& V* J. i# ]& ^$ a
表4 效率测试（PCB END）

表5 能效等级评估（1.5M 22AWG Cable）

; S& s' f# x9 l4.2、输出特性：

+ o6 b; k- w+ @( Z4.2.1 线性调整率和负载调整率: （ PCB END ）
$ i, z- S. C- D' u  h" {2 ~

5 t+ g0 p7 s5 Y5 \8 U$ Y4.2.2、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 Z6 J/ P5 V7 v- Q3 Y( Y( a2 n. p

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

6 N3 r' z) S( z' p% u

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

R&N @ AC264V/60Hz,No Load

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

4.3、保护功能：
" u3 u: T# \7 @* |  d
3 ]& A# U' x: i. u* D3 B+ K& y6 k以下涉及过流保护、短路保护的测试。
8 L8 W, M# Y. G
( i5 G) Q/ i+ a7 q6 a. b4.3.1、过流保护：
# `3 d7 W+ L/ I; G8 t4 e( U, D; Z0 n

4.3.2、短路保护：

功率计电流量程2.5A,开启平均值模式测量。
$ |: [% h4 X; S' a$ Q$ i7 S

* y; [! U/ p$ S4.4、系统温升测试

2 ?' @4 |0 H5 q. _! W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。
8 b/ ?+ ~* H+ c$ A

测试样机及配套外壳

+ q# \6 @/ y# v

4.5、动态测试：
3 i$ Z4 J: h2 Y% |2 {
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)
2 t, j$ `; H6 F
# R  S  G2 ^  I; B- n

AC90V 5ms

AC90V 10ms

AC264V 5ms

% L+ a' t8 Q. V2 h/ [

AC264V 10ms

  T6 y1 v9 l( c. C  O( H4.6、系统延时时间测试：
! L% Y0 S& D' e

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

$ x& p. j# Y/ K7 G7 P, _0 K

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

5 s  A1 U3 q) ^( d: A

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

4.7、其它重要波形测试：
  `, `( I# j" q+ D
8 Y8 Y2 d2 F5 q# b6 L3 ]# UDRAIN（蓝色）端、CS（红色）端波形图：
) S0 K+ G5 m6 f4 [8 ]6 B' F

AC90/60Hz，100% load

AC115/60Hz，100% load

AC230/50Hz，100% Load

* g) z# B( J) Y7 M

AC264/50Hz，100% load

其他波形测试

AC264/50Hz，100% load 输出肖特基电压

. W% o5 R7 S: R% {$ O

AC264/50Hz，输出短路，VDS VCS 波形

05、EMI 评估测试测试条件：

- T0 u4 Z8 _7 V# b2 a3 |5 h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）
& T; G6 }) A( G5 q# f
7 J8 B& D& n) ~; D2 f" d# h- j  |; |

AC115V/60Hz 传导L 相

AC115V/60Hz 传导N 相

. e' U( k& y& H' M, w& `# S

AC230V/50Hz 传导L 相

AC230V/50Hz 传导N 相

AC115V/60Hz 辐射测试

AC230V/50Hz 辐射测试