本帖最后由 思睿达小妹妹 于 2022-5-13 10:06 编辑 5 s1 w: x( A/ g1 W' q0 E
7 e. Q1 P& w4 `0 \4 [' \5 o' D: f# S
本文，我们将介绍的是CR5249_18W 电源适配器解决方案。
; i D, i" B5 n3 i; t# M$ ], S, @: K2 Q( M
01、样机介绍) X4 _7 g: d) i) ?9 _% ]1 W' V
% x x8 |8 I h3 \ _
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CR5249。
; Y* M- e m$ H. ^* k* y3 _6 o8 P' E- g
CR5249_12V1.5A 工程样机示意图 . g k- u; l- _6 x" M
CR5249, \- d% k# T; g; t
% D/ @! I) Y1 \% W1 I1 E
CR5249是一款高性能的电流控制型PWM开关，全电压范围内待机功耗小于75mW，满足能效六标准。为了减少待机功耗和提升效率，CR5249集成了多种工作模式。随着负载的变化，CR5249可以工作在三种不同的模式，并且每种模式都做了优化。当负载很重时，系统工作在传统的PWM（脉冲宽度调制）模式。当负载变轻时，系统进入PFM（脉冲频率调制）模式。在PFM模式下，随着负载的逐渐变轻，开关频率也逐渐的减小。CR5249中独有的频率变换模块可以使开关频率平滑降低而不产生噪声。由于频率的降低，开关损耗也被有效的减小了。当负载继续降低而低于某一设定值时，系统进入PSM（跳频调制）模式。在PSM模式下，一些开关周期被跳过，这些周期内开关管完全关断，因此这种模式可进一步降低待机功耗。在上述的三种工作模式下，都集成了频率抖动功能，来提升系统的EMI特性。% i5 H8 K7 h" R! ~4 g
G% b5 X2 k4 c- D( t" E
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。
: R$ `, z. J1 i! i3 n
. {* z' n7 d- d- O, LCR5249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。
: w* V2 h4 O- @ Q0 d
# m0 R! ^8 ]1 L2 P5 c# u芯片特性) J% }6 Y8 E! d, `# L5 M4 \' d/ }2 u
9 e8 I1 f" J+ o" M6 X/ @7 O5 K
● CR5249 是DIP8 封装的新型反激功率开关
1 k( f2 m! J$ A9 k: Z0 \& a● 内置软启动，减小MOSFET 的应力，内置斜坡补偿电路；
3 T: I5 p8 ]4 f' I2 Y● 65kHz 开关频率，具有频率抖动功能，使其具有良好的EMI 特性；
0 ^7 b1 K. W: j) U● 264VAC 输入待机功耗:<75mW；
0 i k' A9 x, K8 o4 E● 具有“软启动、OCP、SCP、OTP、OVP 自动恢复等保护功能；
* g% T5 N. s9 I+ e ?● 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。0 D. w4 \5 h4 h! }
● 能效满足DOE Ⅵ 和CoC V5_T2 要求; Y p0 J! C" ^* ?" r+ }$ e
: \) ]. {% u/ t+ ~5 a- S
基本应用
) P, m( z! A) U7 r2 G: e5 _2 x! }+ t3 x
● 电源适配器* n( Q" b3 }( N D, C; u$ c
● 开放式电源
3 s2 z+ x$ o7 E/ }● 数码相机和摄像机电源
+ F1 P% r3 H# V% n# ~/ O! V● 电脑和服务器辅助电源5 I8 z( Z) e( i
● 机顶盒电源
2 r; Z/ I" \ f: M) n( W8 A6 q● 掌上电脑电源$ d6 e$ A% W4 n0 d" n/ D' l- T
* n' |8 t9 j5 j7 C7 ?+ X' E引脚分布
+ Z: ^- W& g4 R$ N3 l9 c& U; e* I( {$ V F) G: W
: G/ @! s! j3 v3 x+ Z$ K5 R引脚描述
b- u9 s2 J/ [5 @ U- }4 K+ S
& H2 l! D9 o$ }
2 {* }' ?" U+ | t. }典型应用- x$ w1 R) w/ t1 @
* l2 Q) i$ Z, t
' p' ?/ p! N2 b# M |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72mW；全电压输入时平均效率>86.43%；输出接22AWG1.5米线能够满足最严格的“COC_V5_T2” 能效标准。
5 z3 u4 u: E% \ y+ e0 U- e; D$ `7 \8 L- o# Q( 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。, n" d; t9 U+ M# e+ u- H! \
( ] T) u r, D& u# e
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。6 F7 H& Y" V' p3 S& J
h# C# U+ g9 ~' m1 Y
02、样机特性
& B3 H7 Z$ J( h& R
- {/ P( } A: H# ]# p. S9 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。5 E9 q% A( J( V: S1 j/ R. ^
6 }3 v7 u3 Q- _2.1、输入特性：
7 }% C7 ~" f& l8 z7 u" J
5 u4 w* ]7 d4 u' i, V
) r9 |1 S' y( c" H2 d; Q, _2.2、输出特性(PCB END)：
/ U; N# i. b' K
, k$ \; S) N6 o1 P! U% p- U# f9 n
2.3、整机参数：
. G) s# {+ P+ D% I
9 Y: S' G# k% k# ^/ _$ a; C2.4、保护功能测试：3 \( w" V# H, B3 N' B- \
# ]! `% b. A1 a+ k& ^7 P
2.5、工作环境：
: D% d2 t1 d4 {
( t6 S6 w; e$ r& v. [+ W4 k/ n0 I
2.6 测试仪器：
7 u8 z, f% J( S03、样机结构信息9 R# [$ U1 T1 @
! I7 S* r$ T/ e" @4 I' K( I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。' K, i" P1 I# M+ W1 @% h
" y# l* o, t' {- P
3.1、电路原理图及BOM：8 K" h$ D" {, G' }, z
' t2 I2 x( p. ]! i! Y5 N% O) `
3.1.1 原理图：
& h3 ]; l1 ]5 O5 w1 Q; `6 Z6 y
' b* F9 K0 e9 W5 K) b- Q2 t; t; X3.1.2、元器件清单：
6 N3 ^: r( b% E2 w
7 w& L* T% J+ O) C M* l, A5 s2 M8 P# W9 d6 t& H
3.1.3、PCB 布局&布线：" D# z2 W- V0 N3 K$ |; v2 U$ P9 ~
5 E% y, B+ H# I( V" a! [
PCB 顶层布局
* ]2 X0 L. z$ [
PCB 底层布局
' K( L$ N) ]3 B Z: g- p: Q7 x1 A3 z+ ~PCB 底层布线 ' j' P/ t2 }+ g9 B/ }# w" _
3.2、变压器绕制工艺：( Q' z N* A3 b2 q: Z
& q# Y; b7 f* X/ N" w5 n9 n
3.2.1、电路示意图：
) `3 M! f. ?3 m1 {1 ?$ ^% F3 B' i/ I1 p1 q0 Q! ? c
) n% o$ M9 O+ J5 a! w3 ~
3.2.2、规格参数：; Q0 z* Y' |1 f
7 U4 F9 p+ k) e, R9 `, X6 M a
1）骨架：EE19W 磁芯加厚立式（5+5PIN）,Ae＝46mm²；/ B, d" x g4 z! k* f
2）材质：TDK PC40 或同等材质；
3 h( C) d3 C. p7 V6 d) Y3）N1、N2: 2UEW 漆包线；N3: 三层绝缘线；
1 X# P5 T9 @7 l4）次级绕组从变压器顶端进出线，磁芯接地" T% g8 o9 a% q
5）绝缘胶带:3M900 或同等材质；
/ `& n+ \- S* U/ X$ d* B+ H3 E6）初级绕组感量Lp：1.8mH±5%（测试条件：0.3V，10kHz）；
3 V5 I# O8 i1 J# J' m7）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）)；; C- V8 `, ]. i; f8 T) j
8）耐压测试= 3.3KV 5mA 1Min；
6 c9 u: |* o. ?9）成品要求:浸凡立水；
; E: w- ?) B; \* j- c; O2 a8 |% R$ B
3.2.3、变压器参数:5 w2 \& G& q" C+ S K
3.2.4、变压器结构图：/ l. C+ k l7 N/ l4 U8 I
. t8 K, { v* Y1 d3 k
( E, b: E1 V; n0 u04、性能测评6 D$ C9 P& B3 S% u
5 Z; @! [ N6 d( O" d! S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。
" H' f% y9 G# E) i+ _' a+ b. ^; V5 r9 H" n ?9 W+ B( a
4.1、输入特性：
`$ j) i0 F+ B
* a6 N) p/ L w3 F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。. d7 E# C/ D! V7 B. Y4 v: n" n
+ f' L) Y: a _; I/ N8 G
表1 待机功耗$ l3 Z) y7 @! e9 |( R+ \+ ~
7 l* i7 f! v0 ^/ F. n, Y) Q0 G0 }5 p. y( _" w; U
表2 输出100%负载下的输入特性
- B' v0 z' Q( h2 b5 W }, h7 k( x4 H1 l0 N1 ^! X9 R
0 X0 w# ^8 p! j6 U" z
表3 效率测试（1.5M 22AWG Cable）
6 x$ m1 o9 Y3 H; M7 c& C% d* I! Q- \7 }7 W+ D4 B5 }7 `: L3 Q' L+ q
" n5 ~7 q0 f2 s% V
表4 效率测试（PCB END）
3 `" k Q. b. q. v8 Q
~ k; s7 U0 u2 c: [* D
0 @# \8 v) U: I: |$ [) ]表5 能效等级评估（1.5M 22AWG Cable）4 r3 Z" |) w5 t7 N) V
) s$ {) \0 o7 N/ k% o9 b2 `
* [% E: O9 d+ j9 t6 n4.2、输出特性：
, O+ m% m( G a7 ?& @
% x# v% o; K7 K1 g0 j& @4.2.1 线性调整率和负载调整率: （ PCB END ）
/ T) f: I0 l3 O" [7 n- |, C$ ?2 Z. E2 [. a6 E. N) C/ y
' \1 I, C6 v r' f P+ c( L; ^
( x, z+ h. c! C& U7 N5 O [+ t4.2.2、输出电压纹波：; b- [8 w# T/ V1 P
2 x7 L: K! K+ l$ R% O' c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。6 C3 d0 q+ u5 o! [! u
: o" k- D" Z+ q `% @( \4 ]* h0 e7 c9 j
R&N @ AC90V/60Hz,No Load ( q) _! Q+ c s% y6 t0 N, }
R&N @ AC90V/60Hz,100% Load
' y; ]5 U; Z2 v+ i( W% H
R&N @ AC264V/60Hz,No Load ; r1 Q' I( X* N
R&N @ AC264V/60Hz,100% Load 8 |8 b% t' V9 N& W% @
4.3、保护功能：
' j5 F P; M6 @! W. V3 n$ q, L0 p" D+ x
以下涉及过流保护、短路保护的测试。
& \) b( O0 B. [( i4 y; J8 ~/ Z! M* @9 E( t2 ?# I$ H9 z) Q
4.3.1、过流保护：
/ W y0 s, L2 z) x+ t& ?9 b8 k) v* R
4.3.2、短路保护：; l" `4 E# G! D0 i
& R" u4 M# |; r. M. h$ u功率计电流量程2.5A,开启平均值模式测量。3 j2 N! b' P+ P
7 M& c* C3 s. D5 u5 O5 ]4.4、系统温升测试
0 w! f" v- q" Q8 u" M! K. I* h* y) a
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。
$ A- W* \; p. K1 W
! q) g3 Z8 a7 [6 l$ E9 @% x1 K
测试样机及配套外壳
2 \2 v: l8 C" @* Z: w6 o
O7 z2 T6 m- B5 ]
6 i1 z f) \" X5 L9 P4.5、动态测试：
) N. o4 P: C8 [, @3 z5 x1 i. s* c) 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)
4 E( U; s* R6 E! W3 c4 h% n' j* q/ A+ S# X2 \9 q. G
AC90V 5ms 0 c S, J* Z3 r+ B" `8 M6 y
AC90V 10ms 1 y/ D0 h3 ?7 F" ?6 v& y
AC264V 5ms
% P) K! s7 J/ A; C
AC264V 10ms
, j* C* L& P- J) y2 j; }9 Z$ h! X5 ^4.6、系统延时时间测试：
: C; V/ `0 g. {. O* B1 }+ |; d Y
TON_DELAY @ AC100V，100% Load
" O" x$ [' k: R5 G
TON_DELAY @ AC240V，100% Load " T: L3 X8 n" V) {! Y( [2 ]- N
THOLD_UP @ AC100V，100% Load
" b. _3 L( }- g- v8 z
THOLD_UP @ AC240V，100% Load
1 v0 @# m6 M' Q5 b4.7、其它重要波形测试：
5 |& Q! c* [4 k$ _& h8 u2 B; K. h
* Q; v/ {$ d$ G- h+ p% U$ I2 S' |) ~1 zDRAIN（蓝色）端、CS（红色）端波形图：6 M& C A6 X$ h9 I
) |: r( j5 I: e
AC90/60Hz，100% load
. U2 c$ ]6 L; }4 @! R3 d
AC115/60Hz，100% load
9 \$ J" h! y& Q( N8 i0 p. E
AC230/50Hz，100% Load
, o& a4 ^- |: l; M2 ~9 w
AC264/50Hz，100% load 3 V# y. U( b0 F
其他波形测试2 R, d0 K) M& o# s# n3 X% e
7 A3 { B# D; Q. M# |
AC264/50Hz，100% load 输出肖特基电压 & c, h$ f8 s: X: F$ i' M2 [
AC264/50Hz，输出短路，VDS VCS 波形 0 h1 p4 n1 L( | R$ ?& E7 X
05、EMI 评估测试测试条件：
7 W) O; Y# U7 L& D2 G9 t5 O: K" [) v9 y, V4 C
输入：AC115V-60HZ/230V-50Hz；+ l, ` s8 ^1 {& z9 D! u0 g- Y
输出负载50W 8Ω大功率电阻；
0 v8 Z. f/ y8 w u1 p限值标准参考：EN55013、EN55022B。（辐射测试结果仅供参考）
9 q; C) [5 j$ M% u! o$ o
/ Y: R5 ]" E2 }
AC115V/60Hz 传导L 相
% Q4 C4 y$ S* F, t
AC115V/60Hz 传导N 相 : P5 w( A2 j4 U: r2 x2 G
AC230V/50Hz 传导L 相 6 P3 G+ z# X/ x8 s- G8 @; _
AC230V/50Hz 传导N 相
& _, E: ?, D/ Y! i
AC115V/60Hz 辐射测试 ; s3 y9 @4 i% \! S; g
AC230V/50Hz 辐射测试 |
IP卡
狗仔卡
发表于 2022-5-13 09:46:35
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