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标题: 电源适配器如何实现绿色高效，稳定性强？试试这个方案呗~ [打印本页]
作者: 思睿达小妹妹 时间: 2022-5-5 17:00
标题: 电源适配器如何实现绿色高效，稳定性强？试试这个方案呗~
本帖最后由 思睿达小妹妹 于 2022-5-5 17:26 编辑
5 a% k; h- X7 e+ `0 ?, D7 D; I: U+ |9 p# m7 v
概述' E5 T0 q" V& M2 R) Q' P. {
5 A5 }- g5 y, W, q
随着电子信息产业的飞速发展，电源适配器的应用场合日趋广泛，对其性能的要求也变得日益严格，包括对其效率的要求，特别是随着全世界节能意识的提高，对电源的效率也提出了极为严格的要求。本文，我们将给大家介绍的是基于CR5269SSG电源适配器方案，采用SOP-8L绿色封装，满足能效六标准。+ G; V8 h6 _8 h8 _% M
$ D4 \) a1 n) ^, b
1、样机介绍! K! s' n \: t) @$ R1 Z
: O4 ]+ V' i# W! j! 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12W，恒压输出的电源适配器样机，控制IC采用了公司主推的CR5269SSG。
8 ?, X9 C1 @3 I0 v% B+ u( u
" y) I9 J! N9 d3 u8 K[attach]44487[/attach]
- a b: t0 s. Z# k5 B; B
[attach]44488[/attach]
& E. Z3 L- ^) t% F: ]
CR5269SSG_12V1A 工程样机示意图
: D$ L9 }7 s$ n% kCR5269SSG产品概述
; b3 c9 f- i# \5 D! R0 A1 R7 t( A
CR5269SSG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，CR5269SSG集成了多种工作模式。随着负载的变化，CR5269SSG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。CR5269SSG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。; b2 }4 U( l1 w2 c2 e/ o
' a4 T7 Z* b& 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。9 |$ p0 v3 Q5 V" I8 v
2 X: R% G# P7 u5 M$ mCR5269SSG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。. ~3 M6 A# b+ S) R1 B( Y1 r
0 R. B% x2 U- X1 t: Q芯片特性：
$ \9 k4 Y" ^6 Q● 全电压范围待机低于75mW
$ L; [) J8 S( R: m6 D3 W● 满足能效六级标准
: u# y/ Z. ~- F● PSM模式降低待机功耗. [1 i0 i. {" g6 C! e, b
● 内置软启动
" h r {3 O1 b. @2 G/ i0 H● 良好的EMI特性" ?" v4 l8 j) z
● 零噪声工作6 M; W5 ^$ q" C) N: I+ O4 [* C) \" a
● 典型65kHz开关频率+ x3 S8 b/ I" F) m
● 电流模式控制+ U8 ?3 ?/ W# i. S
● 内置斜坡补偿" I k( |1 m% O3 t
● 内置前沿消隐
9 e' B- M" j2 N3 ]● 启动电流和工作电流低
! u) E& Q H$ h# _5 K3 O● VDD端过压保护
& Z7 Q V- J7 z- A● 过载保护
4 G( ?8 F! ^5 | e' J● 逐周期过流保护
" _% G8 K8 ~, a● 过温保护
4 ^( U- \. `2 O( k# F3 ~8 D● 输出整流二极管短路保护) v$ d# Z) w4 |7 P7 ^
● 四引脚散热
9 D5 N+ i8 k3 h. x% o8 a● SOP-8L绿色封装
# y6 J5 e* s0 X: N* C* E( R
B! M8 F9 s3 Y% ]- Z. Z3 h基本应用
6 U: f, q9 e& j+ n6 I; M- ^) `& A● 电源适配器* b+ p6 {4 ?4 W/ {. C
● 开放式电源
' S% f& I. ^, o● 数码相机和摄像机电源5 z& `& N# V$ m5 k; b
● 电脑和服务器辅助电源
0 D2 w" t# ]6 \) |8 G! c● 机顶盒电源% p; y* Z+ i% U Y4 k0 Q3 Z0 f; X
● 掌上电脑电源. n, L( I. j$ K' ?' G
% n9 V+ ?: s+ x6 E6 C8 @! z- l引脚分布
, q6 B* n9 J7 r1 |9 G }" t[attach]44489[/attach]
* P3 H5 L* w5 z2 t. l! {- R( e) D# Y* l引脚描述% J: X% _' X& v( B2 a d
[attach]44490[/attach]
. P3 s( N* N' x- U
典型应用
" b) |( _3 z9 U' D0 B[attach]44491[/attach]
# _: O5 _5 `1 s9 b
样机PCBA尺寸：63*34*19mm( L*W*H),是一款全电压实现12V1A输出的电源适配器。AC90V满足启动时间的条件下，实现AC264V样机待机功耗小于75mW；全电压输入时PCB平均效率84.09%；能够满足最严格的“COC_VI_T2” 能效标准；全电压可实现3%电压输出精度。& F. b: L- e0 p" x2 |2 Y
5 i3 p* @$ k5 h2 b样机具有良好的动态负载能力，良好的恒流输出效果；同时具有“软启动、OCP、SCP、OVP、OTP自动恢复”等多种保护功能。: Q' e5 K+ _: t
! H4 N- f( r6 i" a! e! r
样机的变压器，采用了EE16W加宽磁芯（PC40材质）。变压器绕制工艺部分，请见后文详细说明。; Z" V8 X2 r5 M: d
Y1 y8 n4 r$ q& f; U' B2、样机特性& }/ K, K& d8 f
! y/ s$ }4 I0 \! G; F
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。
; s J6 z6 X8 J3 O) p* d* F1 o' `2 w; Q4 K% D* c* {" q9 R. e
2.1、输入特性：
" d# H& X+ y+ F) C7 w$ c# K[attach]44492[/attach]
! m* A6 o( e& W6 `
2.2、输出特性(PCB 端)：
* q$ j6 G) J, v3 z[attach]44493[/attach]
- {! A+ y3 y! T& l* Q+ R
2.3、整机参数：
! |0 ~8 j% V/ m9 z0 G# }[attach]44494[/attach]
4 [5 U5 I) w/ m3 F. @+ y6 L2.4、保护功能测试：
8 |6 }0 a1 q8 ]$ w$ `0 D[attach]44495[/attach]
0 L& f" U# y! I5 D) c
2.5、工作环境：
- G1 T2 T$ R: g( H[attach]44496[/attach]
+ K6 H, |0 z9 |0 c& }% W2.6、测试仪器：
1 O5 U; F5 |7 I9 |[attach]44497[/attach]
/ y) n- ~4 w! j6 o7 z8 ^: M" w3、样机结构信息
4 D7 w; \/ ]" J
3 J6 U1 j1 }) z7 U& w5 J, T- e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。
- o3 e( m$ g+ B! ?: b
+ c* i, l1 @8 O3.1、电路原理图及BOM：
& w5 L- V4 r K! y; @5 g& M* E
; \; H6 P' q/ F$ k3.1.1、原理图：7 w0 }: r: I- k" K1 r" ~& P6 |
[attach]44498[/attach]
. Y' G/ r- M/ U) A3.1.2、元器件清单：$ o: ~8 j; f" L0 r
[attach]44499[/attach]
$ Z, G$ v }' @( Y% w' U3.1.3、PCB 布局&布线：; a! L3 Z( h, H3 p" L0 J( A
9 ^( C! n S8 Z" U: c- C[attach]44500[/attach]
PCB 顶层布局&布线
/ G1 s1 L( s2 f9 C+ t* t[attach]44501[/attach]
PCB 底层布局&布线
3 u9 B* ? S4 [' E% |
3.2、变压器绕制工艺：! c D- `7 g; ~! Y. x
$ U& A1 X! r h Y1 g& c. a3.2.1、电路示意图：- j2 e! o* R+ [8 k. F
[attach]44502[/attach]
' |2 F! Z* W: W3.2.2、规格参数：
l! c. f( i% W( }7 k: V" y! b1）骨架：EE16W 加宽立式（5+5PIN）,Ae＝38mm²；
- s& h% {5 ^/ r5 k3 O- N9 y2）材质：TDK PC40 或同等材质；
( g' |+ T0 ?# r) z3 f0 `& Z3）N1、N2、N3: 2UEW 漆包线；N4: 三层绝缘线；# l$ R9 e# H' P9 a) p
4）次级绕组从变压器顶端进出线，磁芯接地5 b3 L2 z4 o. ^
5）绝缘胶带:3M900 或同等材质；
: f+ {) e2 O+ j3 z- k* Y6）初级绕组感量Lp：1.8mH±5%（测试条件：0.3V，10kHz）；
P. X2 R7 O4 {5 E7）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）)；+ t/ V7 y7 C3 T I
8）耐压测试= 3KV 5mA 1Min；
( |" e. Q# L6 E) d- ~" q9）成品要求:浸凡立水；
. b. k4 X: v1 `
9 C* D, }$ F! l+ g3.2.3、变压器参数:
" T. y+ B& n9 ]9 [1 ~[attach]44503[/attach]
2 l2 t1 J' W+ ]! ^9 e# ?
3.2.4 变压器结构图：" H) G5 m3 [6 l5 _4 T$ `
[attach]44504[/attach]
1 j2 Z+ Y* `* L2 {1 E4、性能测评5 c5 s% B- G8 M3 O9 u" X- f( D% S s
, L, H7 M# O+ m" E% v$ `, H& w+ K6 W
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。
% k. U, z% J( p3 v: D$ X0 p G- D* G5 k, `/ q' l- i
4.1、输入特性：; f# D5 Y$ Q2 T; B: m; Z
4 ^ n& r% X! c5 X1 `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。" z4 |- W: W, X; L0 Y; v
% U) V) Z- r+ h# L$ ~$ Y0 m( s( } ^: R7 s* n$ t9 c' E
表1 待机功耗
: N- i+ @5 A2 c2 F/ [% u[attach]44505[/attach]
$ \' c( V6 o: _0 z% z
表2 输出100%负载下的输入特性
( G, p; E2 M* O3 C$ t7 g! A0 Y" e1 `[attach]44506[/attach]
- F, z r& Z6 h表3 效率测试（PCB 端）
8 Q8 ?$ Q. c+ K* b[attach]44507[/attach]
" z9 A% G/ f; g- ~8 E% K
表4 效率测试（1.8m 24AWG Cable）
( y% _" O$ O+ {+ e- ~) n5 W$ S- a[attach]44508[/attach]
2 y( S& M3 d2 d' u
表5 能效等级评估（PCB 端）
; z" L8 v4 K: \, L[attach]44509[/attach]
1 Y! f: b9 F, r+ m; t
4.2、输出特性：
3 k& x! C7 P) ?
5 N [0 j' \3 x$ c5 S4.2.1 线性调整率和负载调整率: （1.8m 24AWG Cable）- n2 u/ [+ [$ y- u- Y/ I6 v
- w# L+ {% d) O0 Q( f1 L5 ~+ e
[attach]44510[/attach]
% i3 M; a/ V6 N/ x+ F4.2.2、输出电压纹波：& x3 X, ]( [1 P2 r
; d8 q9 W! l- x; ^1 \& S+ I7 W注：纹波及噪声在PCB 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。
# b$ u/ r1 J" @8 l( N! w8 L v% n5 A) [& J; _% _! n0 t) c
[attach]44511[/attach]
& C, z7 q4 `- }4 m+ O
[attach]44512[/attach]
R&N @ AC90V/60Hz,No Load
( J. f- Z1 N* _$ [5 C
[attach]44513[/attach]
R&N @ AC90V/60Hz,100% Load
$ t5 ^4 X6 [4 D[attach]44514[/attach]
R&N @ AC264V/60Hz,No Load
9 F/ I7 X" n% {9 D/ @4 R/ ~[attach]44515[/attach]
R&N @ AC264V/60Hz,100% Load
- s7 n: W! @; c' n% F1 t4.3 保护功能：6 D+ Q0 f; I4 _$ |# s2 {2 k
- B" _8 R- t6 O. \5 ?; O) y
以下涉及过流保护、短路保护的测试。
- s% j7 E- k j+ t) p& ^" G) B' C* X
4.3.1、过流保护：
9 c: {6 k( A7 x3 W0 ][attach]44516[/attach]
9 D. R0 S% K& z
4.3.2、短路保护：$ L9 v) l+ ^5 }' d. c [+ K
% Z! i0 a, Q# K( m功率计电流量程2.5A,开启平均值模式测量。+ G% I# m1 ]+ s9 `- P/ K, E
[attach]44517[/attach]
$ z3 |3 a( L$ d! T
3 j. Y' [ \0 L4 A; G* W1 m, U
4.4、系统温升测试
1 o* v# X G4 I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1A。9 B$ F# B3 Q8 k
[attach]44518[/attach]
- L9 A8 m+ \. ?) c
测试样机及配套外壳
, c7 m: v' t( h5 S温升测试：单位℃# `/ v* [$ r3 t f0 G% W
[attach]44519[/attach]
! Y9 i/ {2 C# x! q. Y" e- A
4.5、动态测试：
7 S& z* y1 H) j3 R7 L( U+ {9 R- O9 P
输出动态负载电流设置为3A 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。) m5 e: t) c( [
7 v* E$ b5 C2 h- r3 Q[attach]44520[/attach]
$ \& d+ ], A& U
[attach]44521[/attach]
AC90V 5ms
" G' k3 T' \1 f/ P- n
[attach]44522[/attach]
AC90V 10ms
' ^! i9 E7 _1 f; ~6 S( k[attach]44523[/attach]
AC264V 5ms
8 v8 x3 N' n; b0 H$ E
[attach]44524[/attach]
AC264V 10ms
, R, O, Y" b& `* @& i- K
4.6、系统延时时间测试：
7 b3 C) j. _" j8 C& N" z8 U# R: {+ b) `- p+ _' e1 ?+ m3 r7 c" n* d
[attach]44525[/attach]
+ d$ p# B5 q2 F# ?( H6 y3 Q( s[attach]44526[/attach]
TON_DELAY @ AC100V，100% Load
$ Y% u& z3 g" s3 s( J7 f: I[attach]44527[/attach]
TON_DELAY @ AC240V，100% Load
0 n, V4 m. G' y[attach]44528[/attach]
THOLD_UP @ AC100V，100% Load
: r B6 J8 ]$ [; `( Q[attach]44529[/attach]
THOLD_UP @ AC240V，100% Load
+ u/ |3 `2 ` m8 r0 e1 c. A
[attach]44530[/attach]
VOVER_SHORT @ AC100V，100% Load
P$ j" i9 |9 N% g
[attach]44531[/attach]
VOVER_SHORT @ AC240V，100% Load
4 a1 c" L( J" p. c2 a# j$ v+ z
4.7、其它重要波形测试：0 p# o8 J' ~- T! [, |0 k' C8 S
" O2 r0 m4 ?0 J6 M! A1 k+ L t
DRAIN（蓝色）端、CS（红色）端波形图：
' b( ]0 Z& q4 s; W; v+ L! |9 `1 ~: Y9 r8 J1 H
[attach]44532[/attach]
AC90/60Hz，100% load
/ y, R% W7 q& d. D( k) P[attach]44533[/attach]
AC115/60Hz，100% load
/ M4 F( Y" l( s6 b* b[attach]44534[/attach]
AC230/50Hz，100% Load
6 a" Z. l2 q1 C; B- W% H# l
[attach]44535[/attach]
AC264/50Hz，100% load
! u5 q2 H5 R4 u( q
[attach]44536[/attach]
AC264/50Hz，100% load 输出肖特基电压
6 h7 N# p0 }9 q$ u* n[attach]44537[/attach]
AC264/50Hz，输出短路,IC 漏极、CS 波形
0 H* g* P0 `( T. `5、 EMI 评估测试
6 K( O4 ?+ O5 V) N+ B% B$ C7 V$ ^" X9 b7 Z9 s
测试条件：输入：AC115V/230V/50Hz；输出负载：使用大功率电阻；限值标准参考：EN55013、EN55022B。（辐射测试结果仅供参考）
8 S: p8 |! p* |9 Q4 z
2 o5 V0 `9 n3 ?# t[attach]44538[/attach]
AC115V/60Hz 传导L 相
v2 Q" f# s6 {% G' v3 H[attach]44539[/attach]
AC115V/60Hz 传导N 相
1 e; F+ S, m c) m) [' I[attach]44540[/attach]
AC230V/50Hz 传导L 相
% f6 u) ]+ o8 q: x$ `( o# [[attach]44541[/attach]
AC230V/50Hz 传导N 相
& G2 g, |& Z w, v
[attach]44542[/attach]
AC115V/50Hz 辐射测试
2 P" ~. W7 G, z( v$ D1 o
[attach]44543[/attach]
AC230V/50Hz 辐射测试
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