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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
' j) Z8 A7 J- k' _9 E* R5 ^* }+ Z% \ g" J" m
概述
* c6 I7 u6 F3 I3 N+ v/ j
9 J7 G2 w$ M( w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。% C9 B I1 h6 S- B/ x+ N
. z% x3 }& q% E% b% T1 b' E
1、样机介绍
- ~8 [/ x1 ]/ @
" E4 U" ? M' i9 ~5 c0 S- |3 l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。
! I9 @/ `! F9 T, ~0 G! v7 n! Y4 B
[attach]44487[/attach]
, A1 w$ Q" q* n[attach]44488[/attach]
8 k* s$ f$ u; D9 ^# ~, H9 ICR5269SSG_12V1A 工程样机示意图
; |6 Y+ x! n4 m1 L% T3 {9 `: CCR5269SSG产品概述- a M+ H) t6 R+ O
4 C4 e/ s% h3 v# p6 K; o3 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。) Q! P" b9 `# c
* \1 {7 I1 Y" a. Q2 p% s m3 U0 d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。6 w0 [# _2 Y2 T: I! m
4 ?9 g% g0 S% T) l; BCR5269SSG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。& V+ L# H1 l- t* X' t: t" n8 A( h
, o5 E. d; C7 T9 X, C( A0 Q芯片特性：7 q& Q8 V; ]; {
● 全电压范围待机低于75mW8 Y& v+ C# M; T. @8 L3 z
● 满足能效六级标准' P, H. M9 J$ ]4 y9 m$ o+ p; L
● PSM模式降低待机功耗# o: R( w! F0 [: c. L
● 内置软启动
: x: U2 k: g# Y; j9 J- p● 良好的EMI特性
3 v9 @: |# T% B* i" u. u) [' x2 A4 Y5 u● 零噪声工作! {% [0 ^6 {& b
● 典型65kHz开关频率
: |4 v6 |( h. l3 S# s- d% c& }● 电流模式控制
/ P+ z$ L4 X# H% _% J1 S7 C& o● 内置斜坡补偿- Z; Q5 q: I# N$ V' X
● 内置前沿消隐
2 i% Y/ q/ i1 x( `● 启动电流和工作电流低
2 G0 n* b6 A- g2 f# N5 I● VDD端过压保护7 G$ u& l* @7 F; i+ O
● 过载保护
2 H) m6 {; B) I0 \ @1 v0 d2 H● 逐周期过流保护
' E( Y0 g, X& W0 N, j4 T● 过温保护
9 H6 h3 d' F" `! n& e. c1 H● 输出整流二极管短路保护
8 o; r! A5 v7 }, i: J/ ^● 四引脚散热$ {3 {3 f. C; ^1 B( H, ~
● SOP-8L绿色封装7 D1 H4 x0 V9 a0 ?2 @7 q0 a, W
1 i, q+ |+ H l: a/ i基本应用+ D5 z8 F7 J! E) r( F8 L/ W: w
● 电源适配器
4 }7 a" Y8 V5 S● 开放式电源0 Z" C& Q: t" o$ C7 ^, F+ U8 D
● 数码相机和摄像机电源/ U% h, l% L( a3 s2 _
● 电脑和服务器辅助电源) B/ S- G9 x8 H5 D/ m$ y: X
● 机顶盒电源$ C7 d7 M! k' B% K
● 掌上电脑电源
8 N: F3 i3 M4 m" C
3 a$ I3 r7 p- Q" O$ U* f7 p5 [3 f: b引脚分布
' Y% w- @4 m: X, T% c, Y[attach]44489[/attach]
9 J# q' w, m& W8 P' X& g" N. }引脚描述3 d4 B: Z: y0 ?
[attach]44490[/attach]
/ v) }, R/ a/ e, m) W典型应用
3 Z7 t3 N8 C) t' j[attach]44491[/attach]
* Y' O+ R$ e. v
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。
5 x& Z6 x" ?* p2 F! c; ]# ^* C' i
& G; |. v" Y/ k7 b4 |- n& i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。
+ T- d3 ]4 e1 C, I) B9 e* f6 d+ r% p' x7 \0 Y2 G! a# L
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。
" ]8 M8 P% z( A2 ]
; x: s9 \" W) t6 V2、样机特性" e2 x0 O& d- y. ^7 J8 G. k. c
& v; f: D; j/ {2 L1 E2 v
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。
* @; C8 B( M0 M
# m' p9 d7 W' Y* {5 v+ \6 r2.1、输入特性：
( z- k- v7 y$ l: H7 I[attach]44492[/attach]
3 `( P, W2 A5 N2.2、输出特性(PCB 端)：4 y* ? a% B7 j. M* z
[attach]44493[/attach]
K, ^/ u0 \) u2 N
2.3、整机参数：" q& m6 a/ s( e( y: e
[attach]44494[/attach]
0 _6 H {7 V( E& N8 w1 V5 k
2.4、保护功能测试：
* ]2 m" m9 C+ B( w4 \# {! A' I[attach]44495[/attach]
! X r: U a, @
2.5、工作环境：
5 M+ w( K8 I- ~4 L+ ~5 ]8 C[attach]44496[/attach]
' ~9 k* L! K* O& z: X2.6、测试仪器：! s; ]* f6 n) L( ~
[attach]44497[/attach]
# i# {: B; |/ C) A/ X
3、样机结构信息 p: N4 U) O; ^) s. q
2 K2 Q7 W, v: d! q: g3 _8 _6 \
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。
4 c! T% X; j: n4 A8 |- U- r
0 g. c _2 f0 v' F; _8 c# d3.1、电路原理图及BOM：; S1 ^/ C) ?' N$ P
* I6 b- E+ H' w' M
3.1.1、原理图：1 {/ ^+ X. ]1 b: |1 ?1 B2 Q
[attach]44498[/attach]
) a% u; u( M6 R, o3.1.2、元器件清单：
. f _) x5 g% a# }- j _' S5 i[attach]44499[/attach]
! |( v& _) u/ N9 s. f& g0 B
3.1.3、PCB 布局&布线：2 N; d; q8 ]2 ] N
+ ?# x4 v* I/ w+ W; {8 o1 f[attach]44500[/attach]
PCB 顶层布局&布线
( w4 ]! S/ f6 p3 Z
[attach]44501[/attach]
PCB 底层布局&布线
& i3 I. y' x& C+ X u6 P) u
3.2、变压器绕制工艺：8 u; t/ Y- @9 n- f0 J- I. @& c% n& {& g
4 l @* Z" B" H( Z! ^9 J
3.2.1、电路示意图：
' g, _1 R9 g& P& x: `) |[attach]44502[/attach]
- Q& p2 `" K8 w) y" j4 [
3.2.2、规格参数：
" b2 r6 y: @3 b: O9 [4 j8 E |9 ^/ y1）骨架：EE16W 加宽立式（5+5PIN）,Ae＝38mm²；
5 J2 Q/ u1 t4 c3 P# X! {6 d3 |2 _2）材质：TDK PC40 或同等材质；5 [* T9 F! z6 ]5 {7 s$ s+ A
3）N1、N2、N3: 2UEW 漆包线；N4: 三层绝缘线；
9 O& p, s* n w+ i4）次级绕组从变压器顶端进出线，磁芯接地0 O* b; {5 ~' K
5）绝缘胶带:3M900 或同等材质；
/ w, J0 l. t y7 o6）初级绕组感量Lp：1.8mH±5%（测试条件：0.3V，10kHz）；
6 y) x0 F8 o, E1 U7）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）)；! l k# K2 B( Z& ?* w
8）耐压测试= 3KV 5mA 1Min；( S: h( x+ X$ a) }% Q; L" G$ M5 E
9）成品要求:浸凡立水；6 s: j/ z3 Z9 }. C; X* @8 M
/ l3 l; N2 x. `4 a D) q1 S2 k4 q5 M
3.2.3、变压器参数:
, T9 T* N/ n. @$ ^7 N, B, F[attach]44503[/attach]
8 h9 i8 G& k3 o C- g
3.2.4 变压器结构图：
9 ]! {8 @ B h# v# r6 o[attach]44504[/attach]
8 A6 n7 u2 D8 p# ^4 \) U( s
4、性能测评! F6 i, N4 q4 _' d( B3 L7 Y
, @2 S7 g4 g$ 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。
' H! ^1 s; L r7 b" w. Y
! R0 Q! _- d5 q) @+ E* S- h4.1、输入特性：
" Y( }7 d" @" B9 U/ h, A0 a% ~
0 e+ g' W* L8 |1 E; C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。0 \5 C1 D% c2 s; d( J
) Y. }& d- M/ ?. V( ~( }
& X Y$ {4 J4 i9 O2 {
表1 待机功耗 `: r R5 y7 J! t* o
[attach]44505[/attach]
" b2 Z0 R3 G3 E' A- Z表2 输出100%负载下的输入特性
+ g+ J( u! z( ]) j1 _+ H[attach]44506[/attach]
7 |5 S! z1 k2 i: M& M: n
表3 效率测试（PCB 端）
( U& m/ R: |/ W" ~. J# y7 W[attach]44507[/attach]
w" B6 M1 x. U. W, L2 V表4 效率测试（1.8m 24AWG Cable）
9 g3 w# [: I' L6 l( l, e$ \# r& o[attach]44508[/attach]
8 c! |' I& J: G: ?8 ?
表5 能效等级评估（PCB 端）; X! z( U: g9 }' d
[attach]44509[/attach]
7 v g5 J( ^2 m2 N3 l) j
4.2、输出特性：
5 w1 s7 l* {3 D, s4 H+ k# m, I+ `" F& D( Q2 m7 h1 S# G5 N
4.2.1 线性调整率和负载调整率: （1.8m 24AWG Cable）
; p& B4 \# x+ z9 M+ \
' V+ v+ y6 |6 G) v' M9 s8 e( Q[attach]44510[/attach]
: T' G- r3 {0 u& v7 q
4.2.2、输出电压纹波：
6 B0 k. p3 s* @- c% @$ D. \: e
6 A" _' L8 A. `3 T! P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。; u+ A3 G* L& b% T! l* }8 G
[( Q( X$ L( N' Z8 \- X7 _$ G% l[attach]44511[/attach]
" \/ }5 F8 Q- ^6 b2 o* Z- Q" q6 _
[attach]44512[/attach]
R&N @ AC90V/60Hz,No Load
/ [! _6 e# ] H0 |) U! X! q( G
[attach]44513[/attach]
R&N @ AC90V/60Hz,100% Load
" V' N: [- T8 P9 M
[attach]44514[/attach]
R&N @ AC264V/60Hz,No Load
; Q, j/ x% E9 j
[attach]44515[/attach]
R&N @ AC264V/60Hz,100% Load
; ~4 M; o: u% w) |* k4.3 保护功能：6 j8 j7 H% X- i
. }2 F& G- _$ x9 _4 C8 t; [. w以下涉及过流保护、短路保护的测试。$ _* A5 P2 x+ M+ ^; T# a! \
5 M2 ~9 w3 E6 E& F" h) |4.3.1、过流保护：
: I: I+ {9 S* }! o/ ^3 ~: A! w[attach]44516[/attach]
: u Z/ D5 i0 h% O, M* _5 X4.3.2、短路保护：, G5 r0 L5 G z! r" @2 H
5 ~) M7 T ~- |6 i
功率计电流量程2.5A,开启平均值模式测量。; k. D: I; P; i& g% _7 S& X
[attach]44517[/attach]
, L# z; B' G, {: I1 M# F( ]
' r- t7 G' t) t) [+ t# x4.4、系统温升测试3 I5 ?1 s6 n. q- m# ]1 e
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。
0 _" s9 b$ S8 U& Z- y* H[attach]44518[/attach]
! Y& o4 ?9 N. e! e5 H2 {0 ?* O测试样机及配套外壳
& g. H% I" H. A h; f Y温升测试：单位℃
- r/ Q# W3 J3 p[attach]44519[/attach]
5 v3 F; v7 F% ~0 I/ I4.5、动态测试：3 C! {( {& \3 O
- l+ g- c3 W( `2 x9 O
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。
& J/ Z1 Q3 p4 u$ R) W) @
1 I/ Y. L8 `; T) [( L+ v# K[attach]44520[/attach]
+ {" E/ _& o% Z% r7 G- j[attach]44521[/attach]
AC90V 5ms
3 t- N: p u4 h; q+ c0 T
[attach]44522[/attach]
AC90V 10ms
6 \: {6 M- `: v. G* q5 Y6 v- }
[attach]44523[/attach]
AC264V 5ms
: Q) L2 M" A. | t/ n# i# {' g$ D
[attach]44524[/attach]
AC264V 10ms
. G" ~8 ?% n, L% k3 X
4.6、系统延时时间测试：
* N9 p: h/ ^+ {7 x6 f, R3 d, O: f+ c1 @: k6 H; D* \* x
[attach]44525[/attach]
/ C1 O0 z0 h3 z! L1 E y# F' W[attach]44526[/attach]
TON_DELAY @ AC100V，100% Load
& @' i8 P" q# {" G& Q7 |8 K[attach]44527[/attach]
TON_DELAY @ AC240V，100% Load
. b2 Q r1 o2 ^9 E1 {[attach]44528[/attach]
THOLD_UP @ AC100V，100% Load
0 e" Q1 n' B5 V
[attach]44529[/attach]
THOLD_UP @ AC240V，100% Load
$ ~7 G& T4 h& r2 u, I[attach]44530[/attach]
VOVER_SHORT @ AC100V，100% Load
6 c: U0 D( @5 Y2 W
[attach]44531[/attach]
VOVER_SHORT @ AC240V，100% Load
5 j9 c- ?2 t( p& }3 h, }4.7、其它重要波形测试：
0 v) a) D: v& O; J1 ?3 v1 V
' e" c8 d7 x9 l4 A9 d6 z+ B5 ^9 wDRAIN（蓝色）端、CS（红色）端波形图：+ h# |& I! ]' u, A7 k
1 g: u" v6 X5 c: n9 B[attach]44532[/attach]
AC90/60Hz，100% load
6 ?& m( ~, h$ s
[attach]44533[/attach]
AC115/60Hz，100% load
( f" k% [5 U/ i[attach]44534[/attach]
AC230/50Hz，100% Load
! k1 J' N# z3 @8 `, d; b
[attach]44535[/attach]
AC264/50Hz，100% load
( m8 e* M$ b C! m7 ?$ P
[attach]44536[/attach]
AC264/50Hz，100% load 输出肖特基电压
7 c- S! o& }1 r) \[attach]44537[/attach]
AC264/50Hz，输出短路,IC 漏极、CS 波形
H) ]3 k3 E8 C
5、 EMI 评估测试
* |0 ^, C( Q& d k! U) x
5 ]2 p) Z6 Z( x+ k. e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）2 A7 K$ E* ^( F. [
# ^2 H& c9 L$ K$ y4 @
[attach]44538[/attach]
AC115V/60Hz 传导L 相
: M# ?" i8 R( C* G- x
[attach]44539[/attach]
AC115V/60Hz 传导N 相
: N* @: x7 ?) Q/ Y# q. K$ r[attach]44540[/attach]
AC230V/50Hz 传导L 相
1 E( y# m9 w# [& ^[attach]44541[/attach]
AC230V/50Hz 传导N 相
$ S& v3 V+ O- W5 C' k7 n1 U; n' u9 i[attach]44542[/attach]
AC115V/50Hz 辐射测试
$ U z: W$ W. h, x; Y% Q6 I- ~6 M[attach]44543[/attach]
AC230V/50Hz 辐射测试
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