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

& K, p$ _' N$ u& i0 u: t, p7 j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。

% }+ n# `# X. D; w! b0 c- N' W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。
  z! _1 |' k( G7 G
1、样机介绍：
+ p1 i: g8 N/ y; T1 Z
2 O+ O. Z$ a7 v0 `8 R( o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。
8 b1 k1 q; g, c5 l6 s; T
7 M8 Y4 C0 y* P' d& `% v2 o

CR5149TJ_12V1.5A工程样机示意图

CR5149TJ芯片
" d, F- R) Z; O
" b. }4 K1 O5 g8 q9 X0 a+ g) dCR5149TJ 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。

" X3 j) e5 h( O- o特性
! J( `- D+ y7 w" b3 [
) W3 a- C! a0 i● 较低的启动电流 (大约3μA)
1 N6 G- E( [  h0 g# u
5 H" e' u7 ?0 G& R8 i$ u● 全电压范围待机低于75mW

: D7 |* \. g' K- e2 A● 满足六级能效标准

● ‍内置软启动减少MOSFET应力

● 内建同步斜坡补偿，消除次谐波振荡
7 Q7 Z% H9 L: }. h$ v/ o
8 |5 t  {0 p5 s* e4 S  f6 P● 内建频率抖动功能，降低EMI

$ g/ d" P0 T! N4 o- C- k9 Y3 N● 内置65kHz开关频率
3 i4 h) e9 |& o0 ^8 B% a! Z
5 ~/ m" F, f: A9 T● 轻载降低工作频率

& t: ]' p+ ^* G. U● VDD宽工作范围
  e) H2 r  V% N- e7 N
● VDD过压保护功能
6 z0 C" _# l4 m/ D- o4 n0 G" z. }
7 `+ c1 T3 i1 v● 内置前沿消隐电路

● 逐周期过流保护

4 `8 i5 A  y1 e8 m● 内置过温保护
7 |+ j% \; i3 i9 F
● 过载保护
; n) i( C+ g  T0 p
; O* C- c% z7 O5 l/ |- X2 C● DIP-8L绿色封装

基本应用
' T+ h$ s/ c2 K, D3 M! |; V
. W* \) U7 s3 I) E$ I0 {+ }& [4 F● 电源适配器

9 S, x: W5 [) O9 f● 机顶盒电源
! b8 s' N  R7 o0 ]
/ l8 P. O; g# _4 ]2 `● 充电器
! y1 L& x" P8 i: h( F1 _
● 存储设备电源

典型应用
: z5 s. b' O8 Z/ z

8 u/ L) W7 [; \3 j管脚排列

管脚描述
4 k* |. [) z* A* v$ p7 l$ L

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。
4 t/ P3 K9 c, Z9 P  @2 S) |
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。
4 q5 f: D4 k6 v% k" Q/ N
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。

2、样机特性：

  `( E! O- Y9 \2 [) ~7 a; y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。

+ Z( K  c6 y- H( d$ v6 v6 g* `& P2.1、输入特性：
) ~0 _, S2 R$ x; _+ b' q  ?

2.2、输出特性(PCB END)：

& }* D, a8 r7 H  n& R. y% Y4 H2.3、整机参数：
; {1 x' H) B; J1 O" q+ h4 `

0 I9 ^% S: t# k2.4、保护功能测试：

( O1 P8 f2 w6 G1 ^  J8 d0 x! Q

2.5、工作环境：
0 c7 Q1 ]; K3 [- G2 v( O) \

2.6、测试仪器：

- z3 \" b/ O+ b& P& M$ }, E$ J

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。

# x! `+ g5 N7 E: u1 z3 \3.1、电路原理图及 BOM：

3.1.1 原理图：

- k9 N+ I. y7 P

3.1.2、元器件清单：

3.1.3、PCB 布局&布线：

3 r* G" Q- |, ?4 [1 ^! b% n# w+ ^

PCB 顶层布局

! [# K# K, D$ v& c% b

PCB 底层布局

PCB 底层布线

* J; P6 k/ v1 ], N3.2、变压器绕制工艺：
0 H, P4 B  w& y( h7 w/ N
7 c4 C& ?9 S, T9 i  ?0 `3.2.1、电路示意图：
. w" T& y; ]; }. z- [3 b" q
2 r: R; A+ f) |" J, {, l

3.2.2、规格参数：

$ N2 v3 [' l+ s: X' S$ N6 ]/ ^1）骨架：EE19W 磁芯加厚立式（5+5PIN）,Ae＝46mm²；

2）材质：TDK PC40 或同等材质；
' J1 C3 G/ g, z7 g" Z
. P# d; U7 l- x, J* [) M3）N1、N2: 2UEW 漆包线；N3: 三层绝缘线；

) C& O" Z/ z3 R7 d- k4）次级绕组从变压器顶端进出线，磁芯接地
1 K2 a" j. e2 N: L0 f
5）绝缘胶带:3M900 或同等材质；
# {; ]2 [" [# i4 R9 R- Q
! T" }$ |' Q' b8 m5 n6）初级绕组感量 Lp：1.8mH±5%（测试条件：0.3V，10kHz）；

; J: J, T& c1 Y( v" a; Z7）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）)；

3 C" A$ G$ B0 L/ O4 X8）耐压测试= 3.3KV 5mA 1Min；
! d5 f# w5 x' K7 t% w
: k# `; q& R" u) s; @4 A5 B& a9）成品要求:浸凡立水；

3.2.3、变压器参数:

( Q: N6 @: n0 O, a; q6 E+ K6 T

) ]1 ^7 y5 p  W+ s6 Y3.2.4、变压器结构图：

  U1 h: |) Y* a! i4 ]- @. f$ U

4、性能测评：
) r1 o0 T) n+ L! \5 I
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。

. E& Y: Q3 l. [$ n0 z3 U4.1、输入特性：

1 \' v" [& Q; c9 B& B( x0 N; {+ [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。
% @/ ^7 D' Q/ M
表 1 待机功耗

" {7 p& {" c) c* n( Z9 F5 f. f% `% `

表 2 输出 100%负载下的输入特性

4 N8 L7 ]* `# u8 ^/ F

表 3 效率测试（1.5M 22AWG Cable）
* ^9 I% a# N7 W, N
0 P0 @  [" y4 o1 d

% r& s% F% ^2 j3 X+ ~表 4 效率测试（PCB END）

& _# c* m* c6 e9 L表 5 能效等级评估（1.5M 22AWG Cable）

. q2 F* a2 {; V; v. @" x4.2、输出特性：

4.2.1、线性调整率和负载调整率: （ PCB END ）
  w" s! R$ z) q2 I/ d& O
. i+ Y% B- |3 W/ q

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。
' d; U7 g) j3 x  E. l

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

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

R&N @ AC264V/60Hz,No Load

$ h' Y( @( k( {5 O* ]2 G

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

4.3、保护功能：
- d7 y  ^" }2 l9 n
以下涉及过流保护、短路保护的测试。
& O+ [& @3 B# r* R
4.3.1、过流保护：

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。

% T, `) N& s! J( s3 A6 I, N$ L" C

4.4、系统温升测试

) _- Y+ I* a5 F7 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：(℃)

% F6 M( ]5 u9 Z. \4.5、动态测试：
* O1 [# @5 j, R2 R9 a9 U2 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)
, p, T! d. B8 `
# Q( `7 _1 d1 G/ D7 U+ x

  o5 N4 p+ j; w' A$ ~# w) x: L% g

AC90V 5ms

% |  ]* S# h' j+ ~  O0 m

AC90V 10ms

AC264V 5ms

AC264V 10ms

4.6、系统延时时间测试：

% {9 ^- k+ w" V5 v, e: L* o6 Z

TON_DELAY  @ AC90V，100% Load

TON_DELAY  @ AC240V，100% Load

  }# ?& `5 j5 z3 L3 ~7 x+ V  T/ G

THOLD_UP @ AC90V，100% Load

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

4.7、其它重要波形测试：

1 h# K6 U/ K% Y) `DRAIN（蓝色）端、CS（红色）端波形图：
( e& T* p8 f" D
* i* x8 ~) M! \* ~: a, g8 f9 J# }

AC90/60Hz，100% load

AC115/60Hz，100% load

AC230/50Hz，100% Load

AC264/50Hz，100% load

其他波形测试

AC264/50Hz，100% load 输出肖特基电压

% d1 ~" K: u+ X, `: m

AC264/50Hz，输出短路，VDS VCS 波形

$ d/ `/ J9 [8 P$ p4 i  @8 Z5、EMI 评估测试

* j! ?) \; {& Q0 s# W* }测试条件：
: h1 m5 h7 t7 W& h2 D/ K
输入：AC120V-60HZ/230V-50Hz；
1 }' ?" L2 @! _
: f! Z- ^" ^6 J0 P$ o7 s3 b1 o输出负载用大功率电阻；

限值标准参考：EN55013、EN55022B。（辐射测试结果仅供参考）

0 y" B* t9 S% X$ K7 ~& l

AC120V/60Hz 传导 L 相

AC120V/60Hz 传导 N 相

AC230V/50Hz 传导 L 相

0 n8 u' `  X9 i  g7 I- O0 e# A

AC230V/50Hz 传导 N 相

5 n- A3 i! v; s- ^

AC115V/60Hz 辐射测试

AC230V/50Hz 辐射测试