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

$ O. I/ N/ V% j
' @8 O# ~, L+ n& Q* }+ P/ _& I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。
5 L: F& M; `9 a8 f& T: x6 G
; O5 n4 i+ _+ J/ p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。

9 z$ t+ K5 t3 d0 w. o1、样机介绍：
0 z) N6 h9 r1 `
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。
. g* f- D" M) v% ?  v1 v! \
; z: h  j: S5 Y  O4 {

& S0 k! {6 T1 [" V1 k" @9 O2 p! x

CR5149TJ_12V1.5A工程样机示意图

! a: U! ^, {4 sCR5149TJ芯片
+ F5 o' G7 E( M1 Y3 p6 S: `  p
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。

8 X1 G! }6 T# K& ^( a特性

0 _6 ^8 M: \( b● 较低的启动电流 (大约3μA)

● 全电压范围待机低于75mW
4 Z0 w" ^9 ?3 C# h3 O4 }
1 p: M+ Y% b& Q+ h, [) `! y* }0 V● 满足六级能效标准

# g$ z, c. W' S● ‍内置软启动减少MOSFET应力

. k0 l1 T9 Q- s- I+ L● 内建同步斜坡补偿，消除次谐波振荡

/ O0 t# I  _& Q. h3 Q6 `9 U● 内建频率抖动功能，降低EMI

: Q7 i, h7 @1 t' V/ Q; P● 内置65kHz开关频率
% k, g8 y, P$ a, z: s& ^) O7 K
● 轻载降低工作频率

2 J- I0 N' R  m0 Z$ C● VDD宽工作范围

● VDD过压保护功能
6 m! ^  C" Y% a! X5 n# x5 X+ f# D
● 内置前沿消隐电路
# d0 S, B- R: \& H3 p0 X0 c  ]
● 逐周期过流保护

● 内置过温保护

● 过载保护

( m) I% B. r$ L, E% u● DIP-8L绿色封装
) S0 F" y5 |, h$ h& m
基本应用
2 Q0 q5 v( N+ A9 f- m/ l
● 电源适配器
# _) ]) ~1 t7 A. A
● 机顶盒电源
7 }- g$ o+ ^& `7 l3 |3 i3 F
/ T6 p  s. P) W+ j/ n! ~2 K9 [● 充电器

% c% n' U0 _( a$ O' p" G● 存储设备电源
4 U$ k  n" j$ y
: c" O/ y& |. L6 G+ v* d典型应用
' ]+ V8 S0 k0 X6 M8 l
9 u$ I! Q4 g" Y/ t2 p

7 m! L' l, v" q! T4 m% `- P/ e管脚排列
. A; X2 r/ N* `

管脚描述

0 P) E; q0 l- F6 B/ ^

# ]. D2 I2 o. i/ 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。
! }+ w6 n1 a7 C, F
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。
% Y3 |3 @- b2 H- s: [! s$ v
# L2 A0 y( Y) Y2、样机特性：

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：
. \7 t7 r; x% X

2.2、输出特性(PCB END)：

# e! ~( G( B* [1 `0 m2.3、整机参数：

" y: i7 D3 Y1 M9 C

7 |- R& [4 v. S  ~& C2 k2.4、保护功能测试：

2.5、工作环境：

* [  c8 x- x: L( }

2.6、测试仪器：
* `) h7 i5 J7 Y* U  j; i
6 |7 D1 u7 Q& l- h* V( z# a

3、样机结构信息：
) r* @" I2 U: ]& s1 u/ n4 n2 Q) R
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。
' V' i9 N4 z& I. S8 Z. ]
& H# {! S4 J0 K8 `3.1、电路原理图及 BOM：
. ^( [: M2 q7 ]. ~( q" @9 @
3.1.1 原理图：
/ r( M* p5 T0 j% [

& D' N; T, g& g& V1 ]  L3.1.2、元器件清单：
  q2 F9 F1 X+ ?( v4 H
3 `3 I/ G" D; Q* r: M

3.1.3、PCB 布局&布线：
. H. Z9 [/ L% ]2 D  s) r( g

PCB 顶层布局

PCB 底层布局

PCB 底层布线

( x5 `: Y( o3 k. h3.2、变压器绕制工艺：

7 d8 c, i- c1 F: V1 _3.2.1、电路示意图：
% X# r* }) j2 ^- d+ s9 L) w! q; Q: D
; o4 q& x3 u0 m. _* j: I

3.2.2、规格参数：
% G$ Q8 q6 E) Y% {/ h2 r
1）骨架：EE19W 磁芯加厚立式（5+5PIN）,Ae＝46mm²；

2）材质：TDK PC40 或同等材质；

6 z( z$ R+ G1 W6 M% ^/ a$ U* ^/ m3）N1、N2: 2UEW 漆包线；N3: 三层绝缘线；
. }0 N3 F3 K5 o& R2 r: A
4）次级绕组从变压器顶端进出线，磁芯接地
2 I# b4 V* W3 S+ R
$ U' e9 k3 R8 t# d1 c8 x; A5）绝缘胶带:3M900 或同等材质；
) N+ m, w( }2 k2 l/ _4 G
1 z$ {; R9 N; W) k( A3 p6）初级绕组感量 Lp：1.8mH±5%（测试条件：0.3V，10kHz）；

7 i, E$ M( d$ n& h$ }3 a- G7）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）)；
( s/ y% l7 c- O& \: s' B1 J7 @/ S9 _0 H
8）耐压测试= 3.3KV 5mA 1Min；
3 x- `: P  c# j/ S0 |* }
% t& [& C0 Y4 O2 a9）成品要求:浸凡立水；

3.2.3、变压器参数:
* Z. c$ w# Y( J* ^- h# _
  p7 A* v0 G9 w

6 ~' d: r2 o6 Q7 z- ?* D3.2.4、变压器结构图：
. y6 i* I. V# \: s
  R0 D+ f; o# K7 R: W" M

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。
# r) J, C3 k* ^* X; i& z
4 e# S1 O& }1 t5 q6 e3 l+ E4.1、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。

表 1 待机功耗
; `- K$ H# W* _3 W* Z8 r, x
- j/ C" O4 r& K6 Y5 G' I

) ~: u4 [! j, B表 2 输出 100%负载下的输入特性
$ v% H' z. e$ `! `! }/ O4 Y; J) X

3 t0 W! r6 [" I1 z表 3 效率测试（1.5M 22AWG Cable）

- \0 h5 `# y7 w表 4 效率测试（PCB END）
6 G; c7 @  U% B% i( g
8 @3 D! j$ X9 p' |) z

表 5 能效等级评估（1.5M 22AWG Cable）

, l: f4 J) ?( T5 I: E* }

5 g: J! S/ [/ }0 g6 l+ T8 N4.2、输出特性：

. N4 \2 H6 e  \3 V$ v% d4.2.1、线性调整率和负载调整率: （ PCB END ）
8 g0 D5 `6 t7 g+ I% ^# ^
6 A6 h8 c8 A7 `0 D% e/ ?7 R3 k! w! A

1 K" F0 J1 }0 f, A2 S8 `4.2.2、输出电压纹波：
' `0 {3 c" k' G" G" h" _
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。
* X5 y/ Y: V9 x# D7 X; j

# n% p; Z) {) n6 l' S( A5 i) W

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

. V6 b* z7 F0 \  T3 W5 _3 K% R

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

R&N @ AC264V/60Hz,No Load

  p( D" D! n+ K

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

% K1 a9 b% P; w* E1 z" V, s$ _4.3、保护功能：
. ~( Q; l) V. c
以下涉及过流保护、短路保护的测试。
3 c) f1 R0 j2 \# U/ s0 N
4.3.1、过流保护：
4 t8 {; u! K4 g) F) m

/ h% B- o" P, P' T4.3.2、短路保护：
3 j$ S6 c, ?& r5 u. w+ ?* |; {! Z
$ X3 S5 {$ ^" }5 M) n. q# A功率计电流量程 2.5A，开启平均值模式测量。
; }* P. u+ H* J) T. n0 c% V
6 d+ K2 {  L% N( U3 ^% b

4 S5 y) H: T+ n4 P% O* P- E
4.4、系统温升测试
% e$ L9 H, f# _) M- t; p
0 n3 u  |. z3 F1 e6 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。
5 B# U& Q* M0 J. p6 ^  ~6 c
$ ^: g$ o7 C, ?; S+ [" B. Y

测试样机及配套外壳

温升测试：(℃)
( ]+ ^/ O* R0 v' c! F( G; B( T

4.5、动态测试：
% ]. }6 ?% Q2 u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)

+ o+ l* Z2 d2 s9 Q8 [/ k% g: E& [

AC90V 5ms

4 t3 ]0 x+ m2 {; U6 d1 c6 Q/ j

AC90V 10ms

8 D/ e; A/ e6 p( y

AC264V 5ms

: u. ^+ U1 x* x# [) @( F

AC264V 10ms

- |4 r9 u% R" D) N: z3 R8 G" x4.6、系统延时时间测试：

, j/ c! I. |, s* ~1 W9 V$ a

TON_DELAY  @ AC90V，100% Load

/ z3 b; I! ~: N; W' c8 d

TON_DELAY  @ AC240V，100% Load

* X! i. l8 e: u9 F

THOLD_UP @ AC90V，100% Load

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

8 _" ?0 Q9 D5 D( ^! @" P( a6 y4.7、其它重要波形测试：
2 O  R. W% E. p
6 j3 d/ v6 H! Z& T# k4 l; w4 qDRAIN（蓝色）端、CS（红色）端波形图：

. \; G# ^' \9 H1 l

AC90/60Hz，100% load

AC115/60Hz，100% load

AC230/50Hz，100% Load

& v3 e9 l2 _. W0 c" \0 j4 q

AC264/50Hz，100% load

其他波形测试
! D/ l6 W0 h# s5 r3 G

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

测试条件：
  g# M/ V$ Q6 b2 L# j) D* _0 R
; p" {: V; \" u  M3 i+ W1 w输入：AC120V-60HZ/230V-50Hz；

  p) t4 b, Y' _6 s' c: b' ^输出负载用大功率电阻；

1 j$ v; k9 O/ F% Z, X限值标准参考：EN55013、EN55022B。（辐射测试结果仅供参考）
# K+ [" a: _7 |( ^9 Z
" n& _/ x5 [7 N5 [5 I

AC120V/60Hz 传导 L 相

! v- e' ~1 c7 V

AC120V/60Hz 传导 N 相

AC230V/50Hz 传导 L 相

! F' {% e9 Q/ @- h

AC230V/50Hz 传导 N 相

9 g: k0 r; R7 |1 S% G, Q

AC115V/60Hz 辐射测试

* f3 j8 [( H9 V& e- h1 k  y# ?

AC230V/50Hz 辐射测试

) A/ b( V9 s, `( n