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。

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。

, k$ o- Y; F9 j; {1 O8 `1、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CR5149TJ。

  D; E4 g! H. g8 j

CR5149TJ_12V1.5A工程样机示意图

* m* o$ x( |0 fCR5149TJ芯片

5 m; T" \* n, I7 |" h+ MCR5149TJ 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。
) j  U! D; p( d) y8 E
特性

$ D2 M  G( l* q# w● 较低的启动电流 (大约3μA)

● 全电压范围待机低于75mW
8 c( |" C; G6 Y6 N
' k% F+ k; d9 S- T" i1 [  T● 满足六级能效标准

● ‍内置软启动减少MOSFET应力

( G% t5 E3 g4 o- j● 内建同步斜坡补偿，消除次谐波振荡
" ^; C: c6 |: m9 c% a) z3 b6 J! b
● 内建频率抖动功能，降低EMI
7 V0 L; t+ f1 H7 r, p: Y
$ c4 P" K, |% N1 v● 内置65kHz开关频率

● 轻载降低工作频率
! v0 {* K9 [" U
● VDD宽工作范围

- Y9 x) f: E' C3 ~$ E● VDD过压保护功能
% R/ w+ \$ f: z# V  D8 M. R
● 内置前沿消隐电路

& I7 I" B& r& W. C7 Q, L- V: H● 逐周期过流保护

● 内置过温保护
5 V$ P$ o6 J/ L3 o% F- s
8 Q/ P  {% x% w, i: K- r: N& Y● 过载保护
7 G/ c3 L' E% t# \2 }& d* W+ x6 [
4 e4 L+ S+ b% s: U0 c0 t● DIP-8L绿色封装

) [6 ^8 c$ x$ W; |+ E( }& d8 i基本应用
9 R; T9 u" Z& y: z9 [/ w8 m
3 }$ K: `* ^4 q3 O0 G● 电源适配器
' K2 q' h3 [1 h& w/ U; F( x' a& ?$ e
● 机顶盒电源
) R9 m$ r0 f) a  Y
% W/ C5 P5 Q& j& ^# U0 T● 充电器
, L" G* v% L1 h) b: I' T8 F/ P
* r, T! g: q: p: C7 _6 J2 }● 存储设备电源

典型应用

# {8 N  d9 U+ A8 c管脚排列

管脚描述
. `8 r  a3 z; B( J0 A$ M

# |  `( N; K& }, l8 X+ z
- i2 V; w: j# ]2 {+ ?  G' V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。
# V0 M- _7 M3 I9 y
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。

: ~: @, m9 J, U( l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。
( f- C. [3 i: L( ~* t
2、样机特性：

+ l: u- U  x9 I: z8 k: S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 U% T9 B& l6 X3 B. D
2.1、输入特性：

# w$ U/ S- C6 j5 C! W6 [2.2、输出特性(PCB END)：
8 ~" I# @! K3 Q% b( _' `3 T
; o6 Q# w6 L3 j" `/ W6 A

( W: v( C3 K+ A/ W4 q! c; I2.3、整机参数：

2.4、保护功能测试：

6 y7 O  s/ r( |8 p: _& }/ p

2.5、工作环境：

2.6、测试仪器：

- B  D0 g! H% F! t1 r% _. }3、样机结构信息：

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：

3.1.1 原理图：

3.1.2、元器件清单：

/ U9 H) Z; H, e5 `! E" _. i3.1.3、PCB 布局&布线：
: j% i7 i( R1 ?8 t3 F4 y" `' o+ t
1 f5 v* d% a% b- ~7 I; J2 ?6 K

PCB 顶层布局

) F, s) g3 C4 E6 w

PCB 底层布局

) W) v& S: U2 N$ q7 g

PCB 底层布线

3.2、变压器绕制工艺：

3.2.1、电路示意图：


; R" X5 G2 f7 v2 |. [

3.2.2、规格参数：

1）骨架：EE19W 磁芯加厚立式（5+5PIN）,Ae＝46mm²；
, }3 v0 h: U- u5 L; L: k. v. Y6 U6 c
: _2 j5 n4 s6 x' A  b. e3 A# @2）材质：TDK PC40 或同等材质；
) j5 V3 ~* f* Q3 N
( @# P/ Y3 \2 S" \# E+ v$ p3）N1、N2: 2UEW 漆包线；N3: 三层绝缘线；

6 B% w7 t+ I$ z% n% r4）次级绕组从变压器顶端进出线，磁芯接地
, @4 f& D- K8 K9 f& W: d4 R3 O* {. V
# q$ h8 G, S' v7 t1 Y: r( {5）绝缘胶带:3M900 或同等材质；
/ _" O  _" ~9 ^6 z& z( W4 Q6 f
6）初级绕组感量 Lp：1.8mH±5%（测试条件：0.3V，10kHz）；
+ w" j; P3 o2 u3 h8 ~) x4 @
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）)；

0 x, k$ y' U: u2 _4 D* `' P5 ]- R3 y8）耐压测试= 3.3KV 5mA 1Min；
" z6 ]# f" [9 Y8 N
9）成品要求:浸凡立水；

3.2.3、变压器参数:

" ]& u) T0 Z$ A2 L" L  @3.2.4、变压器结构图：
5 ^7 W1 ^* F2 i8 P; e

4、性能测评：

; r: \! ~$ {* @# X% Z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。
% _: R! K- s. O0 [' G) r/ Z
2 o% U% X+ N8 u4.1、输入特性：
  h9 S$ [* g: l5 G8 s# E
/ c( g) V+ a7 G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。

表 1 待机功耗

# g% m1 k% X  l7 l

表 2 输出 100%负载下的输入特性
* m% g& Q* C2 ]0 e
& k3 s  C) d  h. f& `3 {; }

表 3 效率测试（1.5M 22AWG Cable）

& B/ \1 G4 a0 `( v: w; x表 4 效率测试（PCB END）

表 5 能效等级评估（1.5M 22AWG Cable）
5 j! R$ E  R' `
. r/ t3 b' g5 r4 Y

4.2、输出特性：

# M' u+ l) {: r9 T" S4.2.1、线性调整率和负载调整率: （ PCB END ）
( X7 d& v) P/ ]
3 x$ j/ H6 |/ ^

4.2.2、输出电压纹波：

" ?4 ]8 ~% R3 b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。

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

- c7 U2 c' j1 A

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

+ h" Q' ]( t/ L  S: K+ O

R&N @ AC264V/60Hz,No Load

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

0 \+ Q& w9 ~" Q5 W4.3、保护功能：

以下涉及过流保护、短路保护的测试。
  e. T7 \! X- D6 q
4.3.1、过流保护：
0 ?! D8 n& W0 G6 w* i
+ y+ m! A3 E4 S$ R2 e. o

4.3.2、短路保护：
! Z7 g) g/ ~' b2 G3 T) U
功率计电流量程 2.5A，开启平均值模式测量。
7 o/ Y+ p4 e6 p4 @5 N! E) a
/ d7 G+ ]6 w  @, Y& z- h$ `

' }% R# D4 c( V% z4.4、系统温升测试
& [: I1 o5 Y, e( {# Y8 ^( ]- p9 H
# e1 m* S1 o: a% `0 i0 g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

温升测试：(℃)

  `$ c8 L  _4 @! C

4.5、动态测试：
6 G+ a# k2 p$ X* q% l8 m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)
! l: ^3 W" r8 H3 n) p2 e* y3 K
: ?7 \7 X: S& F( j& j, z/ N! J

AC90V 5ms

/ m. m& v; P& F

AC90V 10ms

AC264V 5ms

AC264V 10ms

( T- M: c$ m: ]) z, m7 q: k4.6、系统延时时间测试：

TON_DELAY  @ AC90V，100% Load

: X; }) k$ b/ L

TON_DELAY  @ AC240V，100% Load

THOLD_UP @ AC90V，100% Load

1 d  w9 k) m+ h) Z: ~

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

4.7、其它重要波形测试：
% n' t) d' `3 Q  p# Q
1 Q" B& i7 `) h/ o" J+ O$ oDRAIN（蓝色）端、CS（红色）端波形图：

8 P+ o. _% J  X/ h

AC90/60Hz，100% load

AC115/60Hz，100% load

$ n* Y; l' H$ J7 w

AC230/50Hz，100% Load

; F1 E; c# ~& o- d$ \

AC264/50Hz，100% load

其他波形测试
1 n" T' Z% [4 [' Y5 F; ^% ^

AC264/50Hz，100% load 输出肖特基电压

AC264/50Hz，输出短路，VDS VCS 波形

5、EMI 评估测试

: v/ I* z% p9 E7 d. C测试条件：

输入：AC120V-60HZ/230V-50Hz；
: [6 T+ {4 Y2 W/ D: k
# A4 h. Y. _1 m5 E输出负载用大功率电阻；

; {7 [2 b3 g) x  G# V* N1 U* E3 i5 q限值标准参考：EN55013、EN55022B。（辐射测试结果仅供参考）
7 ]7 N7 Q: o) Q
/ a, l' a5 i' \, d9 X* a

AC120V/60Hz 传导 L 相

) d+ N* p" O; ?5 x& @) X( }! R

AC120V/60Hz 传导 N 相

- w7 ~- `- Y4 G. E8 m9 S

AC230V/50Hz 传导 L 相

AC230V/50Hz 传导 N 相

AC115V/60Hz 辐射测试

) x: i3 q4 Y9 h  m" U  G8 e

AC230V/50Hz 辐射测试

2 D7 p  q9 m8 K