本帖最后由 思睿达小妹妹 于 2022-12-1 11:47 编辑
! X, |; @$ j/ U- d6 a$ |5 B
' a! W" ~) r7 ? Q1 o5 j, T/ ^4 J' g本文所介绍的是基于本公司主推的CR5241 10.5W充电器方案。其中,CR5241是一款采用内置高压功率MOSFET,具有优化的图腾驱动电路以及电流模式PWM控制器,适用于待机功耗<100mW的小功率AC/DC电源适配器、充电器电源。
2 O; h& M$ W( q3 l8 N
. v* e0 P# \* P' }% d6 h( U01、样机介绍
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; O7 f3 _6 P7 [7 j" Q/ p该测试报告是基于一个能适用于宽输入电压范围,输出功率10.5W,恒压输出的工程样机,控制IC采用了本公司主推的CR5241。
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CR5241_5V2.1A 工程样机示意图 0 S. F# S- ?% b
关于CR5241
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CR5241是一款采用内置高压功率MOSFET,具有优化的图腾驱动电路以及电流模式PWM控制器,适用于待机功耗<100mW的小功率AC/DC电源适配器、充电器电源。* U- @3 k, q& g
1 L7 v. m/ }( u* O+ M8 L' F# sCR5241在重载或中等负载时,工作在PWM模式,频率为65kHz。当负载逐渐减小时,振荡器的工作频率逐渐降低,最后稳定在22kHz左右。在空载和轻载时,电路采用间歇模式,有效的降低了待机功耗。
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+ X4 j) r* |" u3 M5 I P, O芯片还集成了最大输出功率动态补偿模块,从而保证系统在全电压交流输入范围(90V~264V)内最大输出功率点恒定。7 U+ p( o) A& R. i3 I
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CR5241集成了多种功能和保护特性,包括欠压锁定(UVLO),VDD过压保护(OVP),软启动,过温保护(OTP),逐周期电流限制(OCP),过载保护(OLP),SENSE引脚悬空保护,GATE端箝位,前沿消隐等。5 L3 T- ]' v3 O) E8 A1 A. s
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芯片特性
5 Z: h) Q# d5 C O1 o+ I; `1 J5 W; z. X; k7 ? N
● CR5241 是采用内置600V 高压功率MOSFET,反激式PWM 功率开关;7 f. z1 e* W# o2 I5 K1 X- D, n8 o2 R
4 X1 {8 b, C+ V5 f. X0 X● 内置软启动,减小MOSFET 的应力,内置斜坡补偿电路;
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● 65kHz 开关频率,具有频率抖动功能,使其具有良好的EMI 特性;# @2 |5 A3 Z Z: D2 P: g# i
, p( k2 q$ K. K- A' U2 p/ B● 全电压输入范围,待机功耗:< 100mW;4 a1 w+ G6 e/ t& I |+ a
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● 输出接20AWG 1.5 米,四点平均效率:>80.0%,满足“能源之星V2.0-VI 级能效”8 S- k2 V L0 ~7 v1 v4 u% \9 y: I
! }+ f d) r; e5 `% O
● 具有“软启动、OCP、SCP、OTP、OVP 自动恢复等保护功能;
4 T3 q, Q$ u1 u+ m1 }
4 y/ h, e, |1 j● 电路结构简单、较少的外围元器件,适用于小功率AC/DC 电源适配器、充电器。' K7 u& m9 X/ \2 B* ]3 P0 S
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基本应用: P& p, V' j9 G$ ?2 D. S5 O
c7 G$ j7 F* k# H, Y' M( T● 电源适配器
4 c0 q- E* f) Q3 g● 开放式电源( \: L" g. S3 Q! F% @/ a
● 数码相机和摄像机电源% d2 V s" M4 A( L* v, t8 ]- D
● 电脑和服务器辅助电源- `) p" P5 r/ ^; k+ @" N
● 机顶盒电源0 W- V1 S" m: K( l
● 掌上电脑电源2 Y+ v# i" p o2 p i% V; Y: X) ?
2 {& P# }( Z: U/ [, y6 P, x% v引脚分布2 ]' B1 T/ j( V$ n$ s1 ?8 g4 L
/ a o7 t5 T3 d0 o/ P- s/ s6 v4 W引脚描述% Z8 n9 f2 C9 J( q
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- ?9 e6 H& R! b- D% v1 d
典型应用 r$ c/ H J7 r3 V$ O4 T. r
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! ^6 P7 B% w. \% V/ Z Q该样机大小65mm×38mm,AC264V输入待机功耗<100mW,平均效率>80.0%,能够满足“能源之星V2.0 VI级能效”标准;具有“软启动、OCP、SCP、OTP、OVP自动恢复”等多种保护功能;由振荡电路产生的频率抖动,可以改善EMI特性。, l% C" K& k' s1 F- r9 N) R9 o o
1 n$ h j0 c6 G0 T+ k/ t
样机的变压器,采用了EPC17磁芯(PC40材质),变压器绕制工艺部分,请见后文详细说明。- M0 k$ K! T+ _4 V
0 {) E. l, `* _02、样机特性
2 t* U) K; `; J- t& M; B n* c
; {: `0 v7 O% E8 M8 d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。4 c* r; C3 A* R+ K
3 B* P3 V: |- d7 m- d) J3 d1 w
2.1、输入特性:
/ L$ ]4 U3 j0 \: l+ x+ r. h1 x
; q, S# x9 o8 s5 g6 _' j- G/ ~% d2.2、输出特性:
2 T* o) w8 A- ?. E" [! a" ?; ]4 o: t5 Y+ _: I5 i3 m1 @
2.3、整机参数:, U7 @ \8 T8 }( X+ j) N) n5 A& }
! m. K* c! p- X* W
2.4、保护功能测试:8 B' E. T$ g5 K% P0 N) c I0 A. `
) N j$ U* _( x& s: A$ q$ Z
2.5、工作环境:6 n7 d6 C7 @) f) e0 O9 O% d& r
9 `/ W, z7 e5 N& s$ _& F% z2.6、测试仪器
! E) s6 J9 q2 W( F+ ?& z3 s+ r% r: [ w5 ]1 r+ K: J
03、样机结构信息. S5 o/ P0 a9 [; p s; s1 C: S" f; Z
) o0 S: D2 v$ I& I) 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。$ s8 Y9 x9 e0 g& `2 i% U. ]/ T9 \9 X
! n. W; S' N, S9 t! v- P
3.1、电路原理图及PCB 版图:* t, Y' n8 R! S" z1 p- r
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(1)原理图:5 C# F9 O$ _: F( E- {( U
+ y/ g' Y- |0 K1 ]" @
(2)PCB 版图:9 d/ T) o' [8 r, u, M
3 b& p! p8 [1 b+ s6 D! n" x! W: o2 c- m
( b0 t3 [+ x( n1 z8 W1 l! _
8 |, D3 _3 k" O6 {# C% ^! H1 k2 C8 O
3.2、变压器绕制工艺:
, u- ?5 C& i& Z* L4 M9 v2 D3 w- V$ g3 ]# w$ c; b+ {# Q( b
1)电路示意图:
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& {6 N" }- B9 b, u* O(2)规格参数:: `6 c @ p3 K* k0 f# z0 `3 Z
5 h6 y: a+ o0 v5 F6 T, l1)骨架:EPC17 立式(5PIN),Ae=22.8mm²;. _ ]# ^$ m8 Y4 B% b( T
2)材质:TDK PC40 或同等材质;$ B# H+ t9 N2 m9 p+ { b( p
3)初级、反馈、屏蔽: 2UEW 漆包线
" \5 N4 u9 D9 C2 ~5 G: R4)次级: 三层绝缘线
+ _6 d7 h- C7 S- p- v5)绝缘胶带:3M1298 或同等材质; _ u% i; Q/ }9 @$ Z% L3 {- Z
6)初级绕组感量Lp:3mH±5%(测试条件:0.25V,1kHz);
. E" f( o8 b9 P" x7)漏感量LLK:要求控制在初级绕组的5%以内(测试条件:0.25V,10kHz))! e" D4 X0 a' b$ ^2 \, A
8)耐压测试= 3KV 5mA 1Min
5 M7 L- m4 B0 f2 M* x, i4 Q9)成品要求:浸凡立水# W- a& _7 x% S: |! q5 C( K
* H! @ K9 g, l: ^# {$ T R0 C! J: F% v4 A(3)、变压器参数:
! ?3 F( P& F- W$ r; K% U& o* A) t
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* {9 B# z; ?* Y: q, R5 F) f(4)、变压器结构图:' ~! T* n+ A+ t. }7 h' z$ i4 a3 y
3.3、元器件清单:
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1 S/ B3 D9 }$ h3 |9 A
$ D9 b* k& c- M M" e) y" @04、性能测评+ u+ w8 c5 a& C$ Z/ ?" j I3 r
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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。
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: l+ V' W' K. C. H# I# Z; k C4.1、输入特性:
% s0 Q5 U* |# \
% ^; b- M+ I; [ ]' j/ ?3 p& |- I本模板经过在不同的输入电压(从90VAC到264VAC)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。
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' @) I2 b, v- L! `; y: X表1 、无负载待机功耗(无假负载):7 R" ]4 \2 V" w$ D x" s0 j
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0 ?! E9 d* ~0 J, y表2、输出带20AWG 1.5 米线测试100%载下的输入特性8 K" C0 N G. x$ `
T7 j6 {4 b) }5 y! k6 c9 u0 ~" D7 g. v$ a! p
表3、输出外接20AWG 1.5 米线测试的效率特性:2 L; d$ u6 F7 O X9 H2 ?
3 ^$ \2 R4 M* G9 x. E) H1 M- g% u0 s0 D/ u' |
表4、电源板PCB 端口测试的效率特性:( G9 K( n0 e1 k
0 m. B! }( p; p3 H
4.2、输出特性:
3 F2 L k6 S0 b8 Y7 _# U$ L G, p. o, X8 v
注:以下数据均为外接20AWG 1.5 米线测试;
$ C1 @ t3 A, v/ e' p: u) M8 C% \
, K: L8 P* p+ Y/ Y4.2.1、线性调整率和负载调整率:' A* | v E) Z# p( Y+ S
. S; I" R& c9 M: y) {- e+ o
表4 线性调整率和负载调整率:. H' T3 B9 j: S& a4 r7 `
4.2.2、输出电压纹波:6 G @* x; B# R% m% w' C) F1 N, f
4 c; V( l) w* k' H# u- S* I注:纹波及噪音在20AWG/1.5 米线端测得,此线端并联10uF/50V 电解电容和0.1uF/50V CBB 电容,示波器带宽限制为20MHz。' S3 c( o5 Q( } j' v2 b. ?
) V, s3 d7 f$ k
表5 电压纹波测试, Q3 W3 D' \3 b
% _! ^6 n( c2 Z/ ~* ?& d纹波噪声波形图:
. I1 M5 G; y, v& } d- ^* @% q1 H1 F! J! \' l+ |7 C
Fig1 R&N @ AC90V/60Hz, 100% load
1 x$ {* _9 S% K- n: [9 w* Q: bFig2 R&N @ AC90V/60Hz,no load
7 |- K+ u7 Y" P2 E8 ]# rFig3 R&N @ AC264V/50Hz,100% load 7 e( ^8 W2 ? ^
Fig4 R&N @ AC264V/50Hz,no load
6 v$ Y6 U) T/ F4.3、保护功能:
/ j1 A5 T& X! p* m" Q9 r, X& J8 Q. }" F" }' g0 B! O
以下涉及过流保护、短路保护的测试。% Q1 b, X& ?" k, o; O( u; R
, b: i% F" [, x, O' ^% O# |$ A2 e4.3.1、过流保护:+ |/ S0 j z) n7 d' n
% ?7 }* M; P; I3 r+ V8 z: { P* q
: b( M0 j. y( f( m- Q# l% f! T# H4.3.2、短路保护:功率计限流电流为2.5A
, C1 G) V0 L0 e$ u/ t5 D* d8 A) d
l% Y7 F7 ?, N6 |& K05、其它重要波形测试, z" v; r A0 h) @
* N) P2 R$ [8 w* TDRAIN(绿)端、CS(蓝色)端波形图:
- W8 [- Z& V! N5 Z( _( M" A7 C3 K- r2 |0 i" x
AC90/60Hz,100% Load
9 O! g) i* Y: s5 |' v% E. mAC115/60Hz,100% load
6 i* C+ |0 p7 j* f) L; i% c0 ]; CAC230/50Hz,100% load 1 h9 W2 b; `% _$ w/ K2 o7 s1 w
AC264/50Hz,100% load % h+ F9 @1 P0 W$ I Y
AC115/60Hz,100%load 启动时间=2.4S 4 b) o# T0 Z1 U) \ P$ Q6 z
AC264/50Hz,100%load 启动时间=980mS
6 G% k0 q$ S' o6 T# [! J06、EMI 评估测试
' P7 T4 H/ K- ^/ y a0 v
5 p7 c& B& s/ q5 \测试条件:1 W) X9 C; o, c7 Q
6 [' g1 a! Q0 I/ W! v5 ~0 f
输入:230VAC50Hz;
; p: R& U2 G2 z; s" w* f3 l& f输出电流:2.1A;3 T; e5 o! t4 y' T/ t2 M6 e
负载类型:电阻;
* J J$ H% I4 x1 G( E+ Z限值标准参考:EN55013、EN55022B" A2 w' A% i4 Q+ |& R
7 F* K; n" P7 J
传导L 线测试PK+AV 8 Z4 R* D$ [4 s9 n5 g+ U
传导N 线测试PK+AV
, D4 ^) W0 j7 q" v% r. b1 Z7 X辐射测试PK+AV |