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。
5 ^4 ?+ E; C* w- `3 t  b7 m
3 Z0 y1 p5 |$ b5 L5 j, T8 q5 W1、样机介绍：

5 R) x0 z: b! k% A% l) D' w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。

2 P+ {" p4 ?  `9 t8 N+ I

CR5149TJ_12V1.5A工程样机示意图

CR5149TJ芯片
7 V- ~: o! [! M7 O: r& ~
+ o9 y/ B# y* B+ L0 [, W2 PCR5149TJ 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。

特性

● 较低的启动电流 (大约3μA)

● 全电压范围待机低于75mW

● 满足六级能效标准

● ‍内置软启动减少MOSFET应力

; I" `) N7 q$ Q2 V● 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

● 内置65kHz开关频率
: S" K2 s' Y( I  Z* z$ i' G
' T  X3 r  E. r6 r● 轻载降低工作频率
$ h, R: I" x7 \- p6 d. ^
7 u% {0 q6 e5 d+ n; k● VDD宽工作范围

● VDD过压保护功能

● 内置前沿消隐电路
  j$ `7 ^9 }0 z0 M( t! z: s2 h$ p
9 N7 ]7 n) z7 A; H( Y) w; p! G● 逐周期过流保护
9 `3 h9 i( {9 h. S  x" x
● 内置过温保护
" u, z8 d) M$ R3 U% q8 b8 J& w
● 过载保护
$ p8 \- r3 `* P7 U9 F, d- A
● DIP-8L绿色封装

基本应用

6 }0 d% n' k- O) g& r● 电源适配器

● 机顶盒电源
" u0 w3 Y1 [/ f8 N1 d' R
● 充电器

; z. O1 X+ W3 l9 S$ |● 存储设备电源
! [% j- y2 C9 r0 ?2 F
典型应用
& z8 j+ T5 E( a3 r. w) E1 t- l; K
% n) s8 ]5 ]" Z' n8 p. [7 c4 X% N

管脚排列
2 z) [3 y& x8 r) V$ [% l

管脚描述
$ r5 x, f, ^2 d8 N' X: [8 O
% [8 R/ T" _' [# G/ \0 b8 d

% ?8 j% s3 }. A/ C8 M
  G- q9 _1 N# C* E3 w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。
& b$ Y1 G& ]- N4 Q6 n7 O* k
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。
) |+ U  {8 z' K6 v3 o5 n9 Q1 S3 l) x
- I+ U2 W% N8 o& _' h" @2、样机特性：
# W; e/ v$ Q8 h3 }& ~
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。

3 y. w) h6 O, H& F) \) F8 i  @2.1、输入特性：
8 m3 J& l# ~$ G

9 y! B3 c9 I; T: e6 \( c4 |; |4 P4 ]2.2、输出特性(PCB END)：

1 }* b: c4 o0 i: {3 S4 R! A* N2.3、整机参数：
6 y% I0 u$ d' o  J# v
% l0 R' c2 L- S5 I, }

2.4、保护功能测试：
8 I6 j- D6 z* ^( D! [/ }

2.5、工作环境：
5 k. }; f+ I/ |7 E  ~9 t9 _# L
9 s( C, v3 p  F( o

2.6、测试仪器：
7 C3 e7 o; g  Q$ s) k. U6 T

! `$ f( s& Q: M( S" w5 }0 w3、样机结构信息：
* O1 Q% z5 p1 q  V0 a- ^& C
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：
6 ~# j2 T+ r, g5 L; b
3.1.1 原理图：
( E* C; {7 z; [$ ?: l

3.1.2、元器件清单：

' h, `2 z$ I  _  l6 c

3.1.3、PCB 布局&布线：

# {" ^, B: s: A" Z

PCB 顶层布局

PCB 底层布局

6 d( ?! I8 Y: n" Q# u8 H8 Y

PCB 底层布线

3.2、变压器绕制工艺：
0 u5 v( C! ?% f% m+ ]3 W' `
1 l" T$ G: B8 @  S% F* \3 a3.2.1、电路示意图：
# E  ?2 q9 p* _) r2 N

3.2.2、规格参数：

1）骨架：EE19W 磁芯加厚立式（5+5PIN）,Ae＝46mm²；
% Z3 z1 F, I: d6 Y" y7 I% z
2）材质：TDK PC40 或同等材质；
2 ^  Q# g  Z6 k' h2 n1 D7 \
* V0 V$ h9 {6 }. }9 N3）N1、N2: 2UEW 漆包线；N3: 三层绝缘线；
3 \0 f" l# r! }. m& R; y2 J
7 T- z8 Z0 k. q# z4 ?% e& r* [4）次级绕组从变压器顶端进出线，磁芯接地
9 Y8 G: L' l0 U; b
9 y' @7 `* k8 e$ Z6 f5）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）；

! w& W& V' E# t% _# A5 x+ _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）)；
! i- H, j. k6 x! N4 S  Y
5 q2 Z% Q# b0 S& g0 M8）耐压测试= 3.3KV 5mA 1Min；

3 G$ o% U2 l( h2 {: o' g* Q7 T9）成品要求:浸凡立水；
4 j3 s) l  `8 H. s( l/ T
% @3 w- v' ?8 C: S3.2.3、变压器参数:

7 a. |0 Y6 ]: v' m

# E# l4 h$ J' ?# u* B- T; M) r3.2.4、变压器结构图：
3 X' z0 U- N0 j8 {. G. N
! |* H% d: h9 ^) p  V

4、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。

4.1、输入特性：

% G, c' \6 A/ g0 ?0 p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

7 J; c. J( W- R5 C( Y/ C5 O! S$ N

表 2 输出 100%负载下的输入特性
3 W& q- z8 V7 {# h" X% {( L

表 3 效率测试（1.5M 22AWG Cable）
1 A. a. |* b7 \$ m* |$ D5 L( H6 B

! ^) Z( \1 q( T/ ~表 4 效率测试（PCB END）
+ K( c$ R+ S# x7 {7 G$ L8 N
; @6 }6 Z* u- {9 o, v  R

+ _# E; `' b7 k表 5 能效等级评估（1.5M 22AWG Cable）
$ @7 N, u+ Q; B. M+ @: c3 ~5 _

4.2、输出特性：

5 _/ y3 h0 N  z3 a4.2.1、线性调整率和负载调整率: （ PCB END ）
5 D, ~) ], L( }' p8 @8 o
7 n, n+ K2 M  p& Z" ~5 l- H3 ?, p

4.2.2、输出电压纹波：

( g3 _$ L( C% N5 D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。

0 b8 j' o+ W3 n/ @: {5 T; p

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

* T2 E) I% |8 g/ E# O

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

- v* T& s" \2 s% W- P, x

R&N @ AC264V/60Hz,No Load

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

  [9 Z5 |1 X- n. P4.3、保护功能：

7 A* R8 h+ `9 M. b; s. }8 w" H" d以下涉及过流保护、短路保护的测试。
2 t4 d( e, A( l" Q9 p+ ~' s" A
4.3.1、过流保护：

4.3.2、短路保护：
% W9 C  Q5 U% {% I6 ]* {
功率计电流量程 2.5A，开启平均值模式测量。
4 }: ~  ?3 x5 n7 ~6 r: |8 [2 k
) _3 W" k) L! P

2 i7 A9 U  z3 c. F  d8 V' C4.4、系统温升测试

" K. \0 g1 T/ T+ j8 y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：(℃)

4.5、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)

4 ?3 F) @4 i0 W3 T" `

; z0 \( H4 Y7 L6 p& s: f

AC90V 5ms

4 a$ I1 ?& W! c$ f) v! j

AC90V 10ms

AC264V 5ms

AC264V 10ms

9 g( O3 W: G4 A4.6、系统延时时间测试：
+ R# x1 Y1 Q; [# |! g# S

TON_DELAY  @ AC90V，100% Load

TON_DELAY  @ AC240V，100% Load

0 [# r! _! W$ w* B: r# U' T

THOLD_UP @ AC90V，100% Load

; _" a5 z7 A: `4 M0 F7 }2 u9 D

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

9 G# k( _( L1 E, {7 Q5 N% r4.7、其它重要波形测试：

DRAIN（蓝色）端、CS（红色）端波形图：

9 b  s$ U. o4 M- i, M1 q

AC90/60Hz，100% load

7 f: R$ I- o" r' P. F

AC115/60Hz，100% load

) ?$ ]+ Q. E. D

AC230/50Hz，100% Load

. W$ Y6 M( T) ^1 q( e2 W$ v2 \

AC264/50Hz，100% load

其他波形测试

AC264/50Hz，100% load 输出肖特基电压

1 K9 k0 q. @/ f

AC264/50Hz，输出短路，VDS VCS 波形

. I# D3 F& [2 W+ U' r5、EMI 评估测试

测试条件：
! V9 ^7 M5 S& a4 n
2 |0 Q' V7 i8 \3 O5 [. b输入：AC120V-60HZ/230V-50Hz；
1 y0 q6 b+ i$ l
/ b; }5 _3 e  k% M) h输出负载用大功率电阻；

9 M$ ]5 @+ z: X4 l限值标准参考：EN55013、EN55022B。（辐射测试结果仅供参考）

/ ~4 k8 K/ X8 N, I

AC120V/60Hz 传导 L 相

AC120V/60Hz 传导 N 相

4 X. r. i; d( ^' m. ^

AC230V/50Hz 传导 L 相

, }: h8 D, {; n

AC230V/50Hz 传导 N 相

AC115V/60Hz 辐射测试

) k/ |5 {6 z* \: h% Q! K/ [$ J

AC230V/50Hz 辐射测试