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标题: 基于高性能、副边检测电源芯片CR5249_12V1.5A适配器方案 [打印本页]
作者: 思睿达小妹妹 时间: 2022-5-13 09:46
标题: 基于高性能、副边检测电源芯片CR5249_12V1.5A适配器方案
本帖最后由 思睿达小妹妹 于 2022-5-13 10:06 编辑 3 N' T9 ?) C: f7 G
/ n+ s) J x; _% `" }' n4 z
本文，我们将介绍的是CR5249_18W 电源适配器解决方案。
0 u. ]6 F2 I& ^ M% z! J$ ]* e( h$ s+ A# y3 h2 g* r
01、样机介绍* x4 d' ]3 U: t. d1 Y1 ?, |
4 u5 K" m9 b6 j1 u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。 K$ _7 R' C: K" D+ o. G) a
1 I# g. v% E! {" V[attach]44854[/attach]
[attach]44855[/attach]
[attach]44856[/attach]
CR5249_12V1.5A 工程样机示意图
" X0 H$ a; v& y
CR5249
; V6 G* u3 h1 k) Y- J v7 U5 t9 @' w6 P( A6 J7 a; r$ l8 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。' A! ]9 m! l, Y' ^, R( M
$ i' D) Y+ I6 @; U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。
+ Y. z) P( C) l" \) q) u; r( E7 I- q3 @" [) O$ R
CR5249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。0 q6 |* f& _+ _
) o* N3 `9 n I: s! t, Q T9 @! q芯片特性
" v) _" }1 A3 z6 p/ h/ R9 `7 L+ z, `- d
● CR5249 是DIP8 封装的新型反激功率开关% ~; G3 I' x. \1 \- ^" S5 X7 d' `
● 内置软启动，减小MOSFET 的应力，内置斜坡补偿电路；
6 _- N5 z7 ^; j$ n G% u" Z% ]8 a9 O( D● 65kHz 开关频率，具有频率抖动功能，使其具有良好的EMI 特性；& L: h- A- z: v9 }
● 264VAC 输入待机功耗:<75mW；/ ?( {) h% s* Q4 P$ c& {3 Q
● 具有“软启动、OCP、SCP、OTP、OVP 自动恢复等保护功能；3 O9 D9 r4 L4 I$ s+ U9 r B6 v4 Q
● 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。
2 Z% f+ _/ B1 k● 能效满足DOE Ⅵ 和CoC V5_T2 要求
- @7 C+ a/ ]+ l" \% V1 @- F* `! z) m% ]6 P
基本应用$ f' S- A8 G! t w6 f
$ Q+ C ~# [* c6 q* F4 v1 ?● 电源适配器 V9 k' s% S: B5 u
● 开放式电源
6 I* T1 T" v7 B8 v0 m+ r● 数码相机和摄像机电源
5 w/ X9 s7 \$ H e1 K; B- P" o. I● 电脑和服务器辅助电源
0 u, Q% Z# i, v● 机顶盒电源 g0 Y3 E8 [2 [7 q7 y. B' i
● 掌上电脑电源; u- l- t- M% s u
5 U$ N; M0 M8 Y$ B8 a引脚分布
3 I! G& C" ^" d& }$ ?
& `5 k3 l: W8 X3 Y) {[attach]44857[/attach]
" N) |# v$ y P; a! v8 h引脚描述
! S/ }9 V% A+ q* } h4 g' \) Q$ J+ y; J* p
[attach]44858[/attach]
" j/ N' c i. W/ S典型应用
5 d8 @+ P8 F% ~2 x# M. g4 x5 u4 Y% B; [; `
[attach]44859[/attach]
. j6 i% s8 o8 j2 z0 r/ }0 w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。2 ?. b5 `1 `1 }8 a3 [
: q2 s A m% k
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。
) B/ H) A* q; t I% f9 K+ Z9 @8 m. i
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。
( m+ f5 V0 B% l2 W8 s' J) I+ ~
: S5 @9 s2 n% u+ |2 p- _02、样机特性
3 h8 g3 i; r5 l, x: ~+ o. \, U! t" F l" h. }1 {* }
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。* m2 H' H% V6 m; o: |
) D: l" j! |- u. L; Y+ w
2.1、输入特性：
* ?0 d2 ^8 J1 n' x[attach]44860[/attach]
( {" `* _4 t: n0 Q i7 C; s
- P/ X a' I8 o7 ^ G) q4 ^6 t2.2、输出特性(PCB END)：
( g4 ~+ c/ C& |4 y- A/ _[attach]44861[/attach]
# h: l) F% \# O! b; c/ g2.3、整机参数：
! l' N U: g0 z1 w1 U) k* K[attach]44862[/attach]
; P, b* o+ M- `2 o/ ~2.4、保护功能测试：
* R! ^* u- x, A: E( L9 b# u[attach]44863[/attach]
- a" L: ^% C: D$ O. ^9 S
2.5、工作环境：5 f1 B$ b; O6 S( q. G; B
[attach]44864[/attach]
0 a* G; ^2 i! H5 K9 R: N( p2.6 测试仪器：
2 o! f. q& O8 j% X[attach]44865[/attach]
03、样机结构信息) [! k- J0 r2 j% P j
/ [ Q0 a' `2 l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。0 L' S) P4 c. }8 s; ^- x1 j
/ Z7 h R: v* b; D, u1 Q$ w1 t3.1、电路原理图及BOM：
# R- B) _- i) o+ K. r2 X6 w5 b1 E& `: B$ c$ \8 w6 B: U7 W$ J! c
3.1.1 原理图：
! x6 _1 p& c. P[attach]44866[/attach]
1 D1 v2 @) }( V- m- X5 S
3.1.2、元器件清单：
3 f! V. A/ R/ d5 w# A& C. O+ k `
S" Z& {6 U& @5 T1 `[attach]44867[/attach]
: u, s4 Z/ v# l3.1.3、PCB 布局&布线：
' s0 p# Y" ?/ E: K6 W. [$ e# [# l$ N: B/ S% S) b5 n4 A
[attach]44868[/attach]
PCB 顶层布局
) `* X/ q9 S% T+ n0 t[attach]44869[/attach]
PCB 底层布局
1 `' U, h/ t/ \8 {
[attach]44870[/attach]
PCB 底层布线
- S; b& D: V/ v7 u* `
3.2、变压器绕制工艺：! _0 `& J1 [! A8 ~1 u' Y- T
, l) z1 k. u1 ?1 j! k! V% {3.2.1、电路示意图：, Q( J1 ~6 n6 x: T( y
6 b$ _! r8 r, N6 S! s* a[attach]44871[/attach]
$ ^& ?( ~+ m) j# C8 Z# A$ z1 a( V
3.2.2、规格参数：
& W: M; e; E+ s4 p c
4 Z9 A! q# @0 P Z7 b1）骨架：EE19W 磁芯加厚立式（5+5PIN）,Ae＝46mm²；
& O# d% s9 x2 N2 Y; \. C: u( i2）材质：TDK PC40 或同等材质；+ g& D+ X9 t5 P/ Z9 q( L
3）N1、N2: 2UEW 漆包线；N3: 三层绝缘线；
1 D, a( Y0 c. ?% ]1 U4）次级绕组从变压器顶端进出线，磁芯接地. q n& u. W! a8 H
5）绝缘胶带:3M900 或同等材质；9 N8 f! t% S) S. U
6）初级绕组感量Lp：1.8mH±5%（测试条件：0.3V，10kHz）；
3 u7 s7 U# u" w F$ w7）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）)；
& ~1 |. Y! v. ?8 j) Y* B7 }8）耐压测试= 3.3KV 5mA 1Min； o. L5 n; h& ^+ \; ]. r# U; a
9）成品要求:浸凡立水；
* Y2 b) w7 P( L' i% n' c# J( d- S% w. U2 T! w+ w) {0 } |
3.2.3、变压器参数:
) e, D9 L* J$ e* L2 a& J+ \; a[attach]44872[/attach]
3.2.4、变压器结构图：' `/ ]7 {* Z) u; `3 c! L
) | T# c Q+ ~# J0 G2 N
[attach]44873[/attach]
6 y* s. A# ?3 W8 H6 f% N
04、性能测评
% }+ I0 j/ [! W0 c- L$ x, i. o) j1 K
+ u' r6 {, T9 t- J! N( k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。
4 i* ]/ n: X5 H/ Q6 m+ Z: t) V/ x9 m2 P1 `- s
4.1、输入特性：/ F5 \3 Y% D3 i5 T$ p! X
/ P3 c* F$ C X
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。
9 r M* c/ V+ M0 d- Y9 K7 I* {& g0 N+ h+ N( p6 X& u% I0 ?" B1 T# y
表1 待机功耗1 J; q% P X' S0 j9 A7 \
[attach]44874[/attach]
+ i# {$ L# \% O: ?3 n' T
5 n/ v. z. k8 v4 \
表2 输出100%负载下的输入特性
; v' J) l, D7 e[attach]44875[/attach]
: j9 D2 h7 B3 w- [7 [1 r% A( C5 b- E+ ?# T8 d: E( q! K
表3 效率测试（1.5M 22AWG Cable）
, V$ t/ ]' E, `$ W0 r; ^[attach]44876[/attach]
3 Z/ a# n m& K" I. n$ L" f; i0 I6 y+ w% m" W
表4 效率测试（PCB END）/ D5 ]7 Q$ f( f4 I5 {1 s
[attach]44877[/attach]
: S3 ]: F% n6 ~" G! _; e! y0 Z+ S- d" H/ Z/ q; n% u% \
表5 能效等级评估（1.5M 22AWG Cable）
7 s$ u$ `1 m& i6 D[attach]44878[/attach]
y* k9 E' q' A$ ]
- f/ T6 n i( L6 _! q2 V4.2、输出特性：
# H& e# ~5 I- }9 ~4 p6 Z+ p: f# s4 I. z' G+ U9 t( u; {
4.2.1 线性调整率和负载调整率: （ PCB END ）* }6 n. Q# i5 g% N+ {
2 n" D% y6 x: S' ^[attach]44879[/attach]
6 u0 I! L! {. r, }" A' S% L9 d
8 A& j5 S1 T' J
4.2.2、输出电压纹波：6 N/ ?9 G+ L4 @) {& `3 ?! O' H
0 f r D( e- w% d# J+ @9 C4 T) 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。6 x" T) }! w3 Z. A9 J9 K
) u) r. y5 s: @ F) T1 v
[attach]44880[/attach]
\3 D6 F2 Z; Y. I[attach]44881[/attach]
R&N @ AC90V/60Hz,No Load
3 P1 A. a/ Q+ p. ~[attach]44882[/attach]
R&N @ AC90V/60Hz,100% Load
0 b7 W2 e$ z1 l0 b9 x, R[attach]44883[/attach]
R&N @ AC264V/60Hz,No Load
) v3 B% w" e+ z7 u3 \" F
[attach]44884[/attach]
R&N @ AC264V/60Hz,100% Load
. ^4 S+ d7 T* e$ `! {* M4 G! M4.3、保护功能：1 j' W# |' \: Q* g+ z
0 ~8 ?& ^3 D# ~2 R7 E7 F% d$ @
以下涉及过流保护、短路保护的测试。: s1 O7 A F; T# V" j( L9 x( x( r4 A
: Y B+ h( x7 O0 O9 z+ d4.3.1、过流保护：) r- Y/ d5 b# N, v3 c% E5 g- G+ I9 ^
[attach]44885[/attach]
- h. g( b3 h6 Z4.3.2、短路保护：
; n& ^4 N7 F$ C# e( _8 X- s q; c% k; P$ b4 Z
功率计电流量程2.5A,开启平均值模式测量。
8 ^6 z/ M/ {9 M* ] x" |[attach]44886[/attach]
% J9 z* {. g3 G6 k4.4、系统温升测试
0 e6 {! k, c. R- A6 Y0 ?( V
- E$ }1 v6 t; J$ a$ v' Z; 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。" D! H2 s0 ?( @0 M
' d) _; ]5 ?/ U* p[attach]44887[/attach]
测试样机及配套外壳
4 H" X% J Z7 Y" Y* u1 E4 N, } @6 ]1 W, S
[attach]44888[/attach]
Z+ ]& m6 w/ u5 n8 a. Q/ D0 o( n4.5、动态测试：! g/ T# b6 g* ]: d( d' Q; i
1 {, t& |4 b6 c$ r' `; [- R7 L6 s
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)
* I/ f4 C) G+ Y9 f f; l, N' Y4 A/ C' p. \# L# t
[attach]44889[/attach]
[attach]44890[/attach]
AC90V 5ms
) D2 k7 ^6 w% {) O
[attach]44891[/attach]
AC90V 10ms
2 Y$ W4 L C8 z- a[attach]44892[/attach]
AC264V 5ms
# B/ P8 M5 M* {) K; ^0 _9 A- J
[attach]44893[/attach]
AC264V 10ms
; B1 P T @5 [3 k" _4.6、系统延时时间测试：
+ k6 \1 o# Z& X* a8 i+ b+ v% C4 ]8 D! O) C9 J @% P5 J
[attach]44894[/attach]
[attach]44895[/attach]
TON_DELAY @ AC100V，100% Load
! o! s& J# k1 H5 R$ ]
[attach]44896[/attach]
TON_DELAY @ AC240V，100% Load
- z& u$ V: j) v. Q0 v9 q3 L
[attach]44897[/attach]
THOLD_UP @ AC100V，100% Load
4 e- G9 V0 ]; l7 G
[attach]44898[/attach]
THOLD_UP @ AC240V，100% Load
* Z8 [- q: E+ M4.7、其它重要波形测试：
- _7 m- B' t: p+ ~& V) u1 A* W% { X e
DRAIN（蓝色）端、CS（红色）端波形图：
; x! J2 d9 C; i) f4 t! A) U( K0 ?9 p* V/ c- F- i v% M
[attach]44899[/attach]
AC90/60Hz，100% load
* b! k ^9 }4 d( y7 x
[attach]44900[/attach]
AC115/60Hz，100% load
: Y' Q; a3 U- S' P7 x L1 x
[attach]44901[/attach]
AC230/50Hz，100% Load
2 e- W N {) \; N, f3 k
[attach]44902[/attach]
AC264/50Hz，100% load
( s4 b3 ~- ~7 M其他波形测试
& q+ i7 L9 j- n0 _4 w d- P5 n7 I( d3 y: e% E
[attach]44903[/attach]
AC264/50Hz，100% load 输出肖特基电压
5 x$ r. Y4 O$ |$ u$ x: C0 b! ]/ u0 v[attach]44904[/attach]
AC264/50Hz，输出短路，VDS VCS 波形
2 h9 d* w3 h8 G8 G1 R4 _05、EMI 评估测试测试条件：
" D/ W3 I! m* z5 T# |) W! d& N0 C) T* p8 [9 G$ T
输入：AC115V-60HZ/230V-50Hz；
; a1 I- M) ^) Q- [1 }5 j输出负载50W 8Ω大功率电阻；
/ R7 {5 f" O: A, q4 y7 u2 D3 T) G限值标准参考：EN55013、EN55022B。（辐射测试结果仅供参考）. I0 |. s; F! G& a9 U# N
) U* w4 X& t/ J; R) i2 ^. h
[attach]44905[/attach]
AC115V/60Hz 传导L 相
$ K* _# @3 P9 n; _: A3 t, h[attach]44906[/attach]
AC115V/60Hz 传导N 相
& R% o1 I1 D3 C7 v0 x4 g
[attach]44907[/attach]
AC230V/50Hz 传导L 相
, I; f: A- O' \0 j' i[attach]44908[/attach]
AC230V/50Hz 传导N 相
; h8 Y" m# f z7 q
[attach]44909[/attach]
AC115V/60Hz 辐射测试
0 k, b0 ?& V8 o9 k' g. @
[attach]44910[/attach]
AC230V/50Hz 辐射测试
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