帮你解决功耗、效率问题！看看18W电源适配器方案有多给力

思睿达小妹妹

在之前的文章，我们给大家介绍了一份“硬核”的240W电源适配器方案，该方案的控制IC采用了本公司主推的CR1252和CR3012。
+ z0 n' C: t  F/ u" _; j- N8 M
本文，我们将给大家带来的是一份基于本公司主推的CR5149TJ_18W电源适配器方案。该方案全电压输入时平均效率>86%，而且具有良好的动态负载能力。当然，还不止这些，小编给大家一一揭晓。

1、样机介绍：
  X1 D# ^4 v+ d5 j4 J  p' x! t
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CR5149TJ。

CR5149TJ_12V1.5A工程样机示意图

CR5149TJ芯片

CR5149TJ 是一款高集成度、低待机功耗的CCM+PFM 混合电流模式PWM 控制开关。CR5149TJ 轻载时会降低频率，最低频率22kHz 可避免音频噪声。CR5149TJ 提供了完整的保护功能，如OCP、OTP、VDD_OVP、UVLO 等。软启动功能可以减少系统启动时MOSFET 的应力，前沿消隐时间简化了系统应用。通过频率抖动和软驱动电路的设计，降低开关噪声，简化了EMI 设计。CR5149TJ 提供DIP-8L的封装。
1 I' Z8 N$ S; R% {
7 A% g, W1 k* J9 {- X/ O, Y+ U特性

; o' E$ l* A; Q. h● 较低的启动电流 (大约3μA)

● 全电压范围待机低于75mW
( ?; t" j( R1 I5 `
0 p3 o! w) u( i● 满足六级能效标准

8 L/ c# ~! U8 `; b4 [● ‍内置软启动减少MOSFET应力
, O6 B# z7 r  q" Q; p5 R) C. `! V
9 Y! j% n4 I' b5 u( \/ V% z' m● 内建同步斜坡补偿，消除次谐波振荡

● 内建频率抖动功能，降低EMI
9 y7 n1 e9 X8 A/ Q5 t! S
# J. h( _7 V1 Y) _. q5 z% O2 p● 内置65kHz开关频率
* S- a: E) Q* w+ ~. v
● 轻载降低工作频率
$ S( q8 K/ b( }5 q: c9 r2 z$ `1 _. k
8 C% X" h2 c( T+ U* o) h) k9 G● VDD宽工作范围
/ p9 B5 Y& ^$ P* c
" U! B2 t% T) w: r$ C& _● VDD过压保护功能

8 t! Q5 R! [. s+ S; `● 内置前沿消隐电路
& y6 @  f4 U- H1 U  y
● 逐周期过流保护
% U" y  ?% j. a" N: [2 W
● 内置过温保护

● 过载保护
/ _8 L, w( V/ H0 c' [0 h
' Y* `, X" v- I/ U& w$ e. y7 e1 O● DIP-8L绿色封装
' g2 @6 ^. r  q5 c+ T# d9 G# Z
基本应用

  }: h# [# L3 _9 T* R) M" ]● 电源适配器

% e6 P4 M2 B0 g& o  p● 机顶盒电源
( @5 T. w9 s2 Y3 B. O
4 i* f& z. y4 w& l$ Z● 充电器
9 S5 t7 q$ f. Z5 c3 C3 K
● 存储设备电源
- u' m7 |& a6 W9 G- n- w
典型应用
7 t- ]1 \) R, }6 `

管脚排列

管脚描述
& [; C! C8 o$ |  J& m0 l# O4 x

  B& c! ]( y- ?* v/ U# ?
7 N6 Q7 z) `# k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70mW；全电压输入时平均效率>86%；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。
! a# e4 m; h% S& {5 E& U! 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。
, L9 ~) r& m# |/ ]0 t
) n) ]) X' @3 @, J1 H2、样机特性：

8 B, t2 t, j  Q0 M3 y* 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。

2.1、输入特性：
$ a3 r) f: s7 D# k/ \+ W

2 t* A9 K2 s5 ?4 z6 e9 [5 d5 q2 P% [+ q2.2、输出特性(PCB END)：

0 A, n, U$ T2 v

$ x7 J4 _/ _1 e2 y) h1 R( Q2.3、整机参数：

* d+ \! F/ ~# f2.4、保护功能测试：
) t( r1 P% U8 X6 h+ t& Q

2.5、工作环境：

2.6、测试仪器：

3、样机结构信息：
3 J  Z- I% {& m( v) i
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。
# I4 K$ L  j, [: o
3.1、电路原理图及 BOM：
% W0 S. J0 h: ^/ s6 }$ y
3.1.1 原理图：
0 f8 E3 R* T7 |& r/ Y4 L
2 f1 Z" Q* w- ^8 K# F! [0 G

& U0 I. g* C; A0 D3.1.2、元器件清单：
# X. l. `; ~7 O2 b3 p8 b

" u+ U; X/ M5 q3.1.3、PCB 布局&布线：

PCB 顶层布局

/ m3 o3 d, p" S& z

PCB 底层布局

+ h8 @. L" ~" c5 C% g

PCB 底层布线

3.2、变压器绕制工艺：
1 _4 _7 b" c* k' F- ~1 X
: O7 P7 }- [+ a+ _, v3.2.1、电路示意图：

3 N/ p! R' x; C, ~  O/ j( D. j

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；

! D2 A. V7 y/ T9 ~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

5）绝缘胶带:3M900 或同等材质；
4 r, [/ K" g+ V7 X* y
6）初级绕组感量 Lp：1.8mH±5%（测试条件：0.3V，10kHz）；
* G& k5 H  \2 Z3 w) V/ Y3 g
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；
9 z' A$ }. f7 x* ~. T
3.2.3、变压器参数:

3.2.4、变压器结构图：

* b) C/ q# r% Y3 D( i2 g6 S! m

4、性能测评：
( R$ `% f1 g" y: `9 ~! G+ _4 G+ }3 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。

7 z6 F/ X3 C) F. G9 o4.1、输入特性：
* A& r3 }3 A/ A" |6 b
  h0 w6 @) U* Y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。

8 d- u( w7 v5 }& u表 1 待机功耗

0 H! n& g$ b% X; X! R

* K1 {. T+ }7 I2 e- L2 G  I8 q表 2 输出 100%负载下的输入特性
6 D. h0 a& [% _6 [* ]
# ~& |; A! O" y" C7 l; @# Z, y

表 3 效率测试（1.5M 22AWG Cable）
  J: `, Y! H7 ^6 j6 r
( ~7 |0 x( v. D6 X9 l9 M- ~7 V

! f" P: D8 `' K3 T9 }4 w: |表 4 效率测试（PCB END）

表 5 能效等级评估（1.5M 22AWG Cable）
+ o' m7 d' o. t! k1 G/ U* ~
! r  z4 p0 r8 t2 H5 {' ~2 o8 J

5 Y8 ^8 {9 t( E7 I% E9 r4.2、输出特性：
; R! J( E! r5 }; w
  P  v9 c4 A6 G9 V% @1 T& K4.2.1、线性调整率和负载调整率: （ PCB END ）

4.2.2、输出电压纹波：
$ W% k! _( g! F5 [/ O' }" x9 m
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。
- o$ ~& o+ C! k6 K

; v7 ^9 G! M+ W- D; Q

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

, W" ]) S6 N# k

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

3 e( @/ v7 B+ V3 L

R&N @ AC264V/60Hz,No Load

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

' }& H8 D* N6 o) w4.3、保护功能：
3 S0 R( s: R, I7 U
. U3 A" h+ |+ q0 U' K以下涉及过流保护、短路保护的测试。

4.3.1、过流保护：
) ^4 ?0 c7 x9 `( ]9 P& v# ~" N
4 {" e6 G+ y* |4 h: x" J

4.3.2、短路保护：
6 _1 @. n; r5 O- R* y
# f. n( Q/ P- V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
1 x( t: U, E8 f( A
; P) o# M9 u) I4 Z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。
$ Q- m* t+ |5 j, v2 d  R) f& g$ t5 B$ k

测试样机及配套外壳

温升测试：(℃)

( r+ T; A( E( u3 Y

# G0 c& p6 y7 p! k; m. T- n4.5、动态测试：
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)
: Z. U' i8 a8 v( [
! G: H6 a6 k7 T# d4 q

AC90V 5ms

AC90V 10ms

AC264V 5ms

AC264V 10ms

# w5 j% O+ M7 G8 L  c+ R" e4.6、系统延时时间测试：

: A2 q. J9 s1 q( @( z5 y

$ ]! q% P& e9 w9 u/ O

TON_DELAY  @ AC90V，100% Load

TON_DELAY  @ AC240V，100% Load

  ?3 j% d1 E2 ~- L! g

THOLD_UP @ AC90V，100% Load

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

4.7、其它重要波形测试：

5 Z9 w+ g% K4 i9 {6 |DRAIN（蓝色）端、CS（红色）端波形图：

AC90/60Hz，100% load

8 q! @/ R7 z" T, N! w

AC115/60Hz，100% load

5 T) D* b" G- Y6 j! Z' s7 D

AC230/50Hz，100% Load

AC264/50Hz，100% load

其他波形测试

- e. a; [+ x0 ~3 f' Z) W

AC264/50Hz，100% load 输出肖特基电压

3 J1 |, l  ~3 u+ q6 y. O

AC264/50Hz，输出短路，VDS VCS 波形

2 e9 u# Y! b& ]" A% {' ?5、EMI 评估测试

测试条件：
7 G3 ~6 S# b' q1 a
) ^, L0 c% U, ~5 T; }8 L输入：AC120V-60HZ/230V-50Hz；

输出负载用大功率电阻；
6 z1 f( u! x1 Y! `7 B3 b
限值标准参考：EN55013、EN55022B。（辐射测试结果仅供参考）
7 h/ D0 l( X2 |0 {: f# ^
7 ?: J1 y: v9 c" X- ?. o- _" ^

AC120V/60Hz 传导 L 相

9 Z  X$ v, h+ Q

AC120V/60Hz 传导 N 相

AC230V/50Hz 传导 L 相

" x+ A0 Y- s5 {3 c) ?

AC230V/50Hz 传导 N 相

AC115V/60Hz 辐射测试

) O! w0 F/ X6 J+ k" m+ b5 P

AC230V/50Hz 辐射测试