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标题: 改善EMI，满足六级能效！适配器都离不开的一款电源芯片 [打印本页]
作者: 思睿达小妹妹 时间: 2022-5-13 10:16
标题: 改善EMI，满足六级能效！适配器都离不开的一款电源芯片
本帖最后由 思睿达小妹妹 于 2022-5-13 10:40 编辑 2 n' d0 u/ N4 Y8 V* |; C6 f
. u! ?( C8 _. \8 C- u4 B, K概述
+ G1 e* a3 T' w! o( T+ _
1 t+ t# f3 A, [2 T2 E X* e; u; H电源芯片被称为“电子设备的灵魂”，几乎决定了所有电子设备的综合性能，而本公司是专注于ADC、DAC、PoE和DC/DC 芯片级解决方案的高科技企业。今天给大家推荐一款本公司主推的CR5241电源芯片。+ M( \ [! ?* a2 M& a( r K
; E( \8 }1 k2 Q2 R; M7 K* a
1、样机介绍：2 N1 F# w* ~ e7 @5 P4 t
. v/ v" }7 K5 z* D7 q2 g' X o
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。+ `: a7 g- @& |/ _; G( ?: \
/ \3 M( x: B! L8 w: b[attach]44911[/attach]
[attach]44912[/attach]
CR5241_5V2.1A 工程样机示意图
! f9 Z' L4 D7 f: N- }) o' t关于CR52415 M; ^3 _' o2 }# J4 D( i- V
& O2 K2 m- `4 [) K3 z& Y( }9 M
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 |/ l% `7 o0 r
/ I- B/ c$ e# R( f" u1 u5 U3 E% ECR5241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。
/ l _; `2 p- ]4 u, a3 m" H5 N/ D- C5 R8 S8 z, `+ ]; P& A
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。/ z |8 F( T5 R$ I7 P
4 o/ j! m2 y- H0 j3 p# D
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。! L: j3 T/ V2 }+ c% S: O8 i% q8 }
芯片特性0 U( P, @. |1 N
+ F6 K, Z# S7 D! z+ l: p" U
● CR5241 是采用内置600V 高压功率MOSFET，反激式PWM 功率开关；1 X2 o3 e% D3 V0 q3 c
1 A; S7 R5 \% d" A% o S) V
● 内置软启动，减小MOSFET 的应力，内置斜坡补偿电路；
- Q" V' @# k5 n7 r4 G
" Z) y; T0 z0 ~. S● 65kHz 开关频率，具有频率抖动功能，使其具有良好的EMI 特性；
* j# L* A# o5 S- ]% ]. k; o" o/ `0 _$ [7 i* M5 \+ B( t# w
● 全电压输入范围，待机功耗:< 100mW；. t3 D# s- U) B8 f$ l' C' A/ U: _
- K& v! i) f* j● 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”9 l; f2 W4 @: x# k# q! B
# g7 q- u2 u8 o- s9 t% ?0 e
● 具有“软启动、OCP、SCP、OTP、OVP 自动恢复等保护功能；$ x) ?6 y9 H' H2 @
1 m" w& D- q: o: M- 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。. R8 Z' B! a4 H$ ?' k* y
: A# b, q/ R* k# `3 h基本应用
' f$ a/ \/ e: e0 F7 q. @; B# M1 A; m& x
电源适配器
a5 _4 s7 ]* z- M% U: z7 X1 K
2 ^0 }$ G9 r' }1 P4 [$ _$ Q开放式电源
/ p) T ^& o% N+ _! c$ c! e4 o8 p
6 J0 h4 i% z4 d: {2 ^6 x数码相机和摄像机电源. G, Z+ w0 k% d( X* v- v$ t
9 D6 V. U# P; m: u$ }) }8 D- Q
电脑和服务器辅助电源
0 c& `/ h# d/ ~+ A; d- v) H- Z, _/ x1 j N7 h; J7 X" ^7 B
机顶盒电源
, M ` b. h. k! Z6 N, U
& x: W8 o, t3 p. m3 l掌上电脑电源
5 y# I4 }2 I X9 W1 t: |7 O' b) m6 x6 _$ Q" l' @( E1 X/ q0 |
引脚分布
) N6 r3 n) M- q# Y# s% h3 U3 }/ v. H
9 p3 |) X2 a0 `7 f
[attach]44913[/attach]
' b; H" F4 t3 J5 y! i! h3 `
引脚描述
8 ]; r/ \2 }& p( ~1 t& B3 m% g2 P) N$ e |' F
[attach]44914[/attach]
2 F- Z7 x* u2 e! b) j$ r; `
典型应用
) V0 `! E& `+ Z# P5 C+ u) ^: u$ ]3 }- ^: L( s2 x! S9 i
; S3 m. C! O y/ Z: H |[attach]44915[/attach]
9 x4 e( D! P( e F% P
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。9 _) @9 z* ]* e4 O- l
4 O+ B7 q3 h" U$ P
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。+ G# y3 z) s; w6 w0 s7 G3 R4 i
( L% V% O: W1 g0 Z5 [2、样机特性：3 P4 P w- ~/ B3 l
1 c' c7 \1 }& s0 @( E( M
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。0 N5 l ]# I8 Y# t5 l
2 T5 I4 w; L& x1 B) e6 W: A, M
2.1、输入特性：
0 [; ]6 o* u F0 W* h0 L3 Y) U[attach]44916[/attach]
8 z3 o( I% V+ C* |8 X3 N
2.2、输出特性：2 }3 f& t$ P4 j( O& {
[attach]44917[/attach]
! q5 |+ B1 j& o+ ~3 e2.3、整机参数： z1 C1 k- P3 ~9 t* c# B
[attach]44918[/attach]
: E) L0 ~. [3 R* c2 ?- {! l2.4、保护功能测试：3 o4 P; c5 ]2 G/ h7 l5 L
[attach]44919[/attach]
. P; C8 [1 i- E0 W. E
2.5、工作环境：0 A4 s P S& \5 f8 a( g
[attach]44920[/attach]
6 _( x1 W% \9 [/ }1 P9 w
! O+ _8 q# @- ~9 \' n8 @2.6、测试仪器% i9 j4 Z7 x9 V
[attach]44921[/attach]
E! i( V" O+ n4 f, S: R: R
3、样机结构信息：8 ~* N; s( ]# X5 f( h3 s6 c! u* h
5 X& n" D7 W& j! W/ z8 p$ g3 \3 |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。: ]8 P9 ^$ k) H
) t2 z7 Q3 T" K) @) T
3.1、电路原理图及PCB 版图：$ F2 S) a) |# E
8 |1 |" j+ q. @7 T. H, m, ~（1）原理图：2 d! Y4 \/ e* u
; U9 Y' X. | l/ ~# U/ j# D
[attach]44922[/attach]
（2）PCB 版图：5 h: b+ {. i8 ]' Z2 _
0 S% o3 l6 M9 g; w[attach]44923[/attach]
[attach]44924[/attach]
[attach]44925[/attach]
, N1 U/ d3 A; [# d) R7 s0 t% w3.2、变压器绕制工艺：
' {9 p) D8 {! S* j k7 ~1 V Q+ F$ x6 u
" f: K- C) S& W/ l: @1）电路示意图：
" z: h2 B- @9 ?: F7 {, S4 Y4 y" j, y, p2 r9 d x6 {
[attach]44926[/attach]
! p1 D0 i7 y1 Y$ ]! n, P8 t
（2）规格参数：$ i4 E' l) I9 I
2 p7 _* t' [! x% p. |! ^
1）骨架：EPC17 立式（5PIN）,Ae＝22.8mm²；% c7 O0 P2 Y- Y+ E2 G. x) d
2）材质：TDK PC40 或同等材质；0 i( |7 Z) k9 N6 D& @7 f
3）初级、反馈、屏蔽: 2UEW 漆包线
. V4 j9 h3 S9 f( `4）次级: 三层绝缘线$ l% b& l+ r3 j
5）绝缘胶带:3M1298 或同等材质
2 \ b4 @% C/ n6）初级绕组感量Lp：3mH±5%（测试条件：0.25V，1kHz）；" z: K8 B$ ^1 g: A5 e* A
7）漏感量LLK：要求控制在初级绕组的5%以内(测试条件：0.25V，10kHz）)
: g3 V. {. e8 ~1 Q7 i N8）耐压测试= 3KV 5mA 1Min2 ]3 E0 W: ^2 z5 h6 H2 ?: w
9）成品要求:浸凡立水! M, W+ I: H0 x3 }$ S; o
5 z) D7 ]5 @* u% h8 N. B
(3)、变压器参数：
. y3 }& G8 g' K1 Z5 c
N* J7 T. ~* _0 ]* ^[attach]44927[/attach]
: A6 e2 p) R) t: g3 x! l
（4）、变压器结构图：9 Z0 ^) [' j9 q$ k8 p6 a! @
[attach]44928[/attach]
3.3、元器件清单：
9 Q) j" a$ K: {8 S; L2 ~: Y# n% T8 F" m+ R+ K) o- o' j
[attach]44929[/attach]
- t. o b4 _( l& s% O4、性能测评：% p% d) q0 r8 h) \, u
- }7 [* G( d A9 N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。
9 s7 Z0 N6 Y. S& x4 _7 k6 @, }7 k2 f$ F8 |+ n
4.1、输入特性：
2 h- _+ @/ G6 Y( W B( e% U" a
" R: _+ ], \& q+ n! R# {" f1 u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。
! k9 O: Z6 o) ?6 a; L) f' l3 f! o& [1 O3 X; }
表1 、无负载待机功耗(无假负载):
7 M4 Z, M; t. u% b5 P* g) Z3 k3 b& e
[attach]44930[/attach]
" ]$ t' {0 ^2 z+ P! \) f9 A+ b
表2、输出带20AWG 1.5 米线测试100%载下的输入特性# \$ f4 R- F0 _7 n- w) ?1 E# Z$ _* ^
) ~: \0 C4 B$ c" i; c/ o
[attach]44931[/attach]
2 M& W# B5 J( h8 ^ y+ \表3、输出外接20AWG 1.5 米线测试的效率特性:% o9 l$ G; Q, W1 w
2 [& O" _0 y- s0 [[attach]44932[/attach]
& o7 y$ x% L6 o5 p
表4、电源板PCB 端口测试的效率特性:
2 [" _ L& H9 h! j \, J, j! u+ h4 d6 N& m
[attach]44933[/attach]
3 w' l M5 a! |, \4.2、输出特性：
- _" y( f( T) L; Y" A/ w
d" K: c6 }6 r0 K& k) ~7 L+ c注：以下数据均为外接20AWG 1.5 米线测试；; m R8 P; O5 X7 y0 p
& S' D9 v& P7 v
4.2.1、线性调整率和负载调整率：. F( s5 O" w! b
; P0 _4 y( N$ S3 |- n: M b9 T
表4 线性调整率和负载调整率:
: u: U2 ~: \2 ^$ I# m( D9 f[attach]44934[/attach]
x* D6 }! a4 h0 l7 _1 d4.2.2、输出电压纹波：! [( t% s2 R q' L( e: e) m
. n6 B' j+ Z0 Y1 \3 z j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。$ z0 m9 R& G2 z$ }! M' M: ~* F3 C, N
( {: `$ h) `; l" g2 g& N. ?3 [
表5 电压纹波测试 c3 P3 p& ` C; f! ?) r
[attach]44935[/attach]
, i! J3 K# L8 ?! F
纹波噪声波形图：: W7 T* }5 w! B
2 [& H1 \4 A4 j/ t r. ]
[attach]44936[/attach]
Fig1 R&N @ AC90V/60Hz, 100% load
+ i: X1 B% O# n$ v4 Q) v% U
[attach]44937[/attach]
Fig2 R&N @ AC90V/60Hz,no load
5 J: W! p- H& G* e: h[attach]44938[/attach]
Fig3 R&N @ AC264V/50Hz,100% load
}! A. h1 H! ^& `0 A) d; @[attach]44939[/attach]
Fig4 R&N @ AC264V/50Hz,no load
4.3、保护功能：1 e6 S9 D5 U8 f+ q4 ^1 |5 D
& h& }9 l- ~9 R6 f7 q/ n, [以下涉及过流保护、短路保护的测试。
; W c; d" \. C7 v' x; j4 ]% y0 z2 z7 x# A
4.3.1、过流保护：' N8 F. I7 H& _7 M9 W) ~; a0 p
[attach]44940[/attach]
. r* N9 I- Z. e% d& P8 |4.3.2、短路保护：功率计限流电流为2.5A
1 |4 y! x+ D, y9 }+ L[attach]44941[/attach]
, Q6 S1 w; M7 A$ l5、其它重要波形测试：: t- Y1 v: g! R; c1 w9 z; T
$ h% ?+ d7 V) Q) w9 UDRAIN（绿）端、CS（蓝色）端波形图：
7 G2 x0 x# U* Y+ M6 W0 B
( E9 _) R9 q) z1 K[attach]44942[/attach]
AC90/60Hz，100% Load
$ u+ v' ]# Y+ U% B/ T7 u
[attach]44943[/attach]
AC115/60Hz，100% load
$ ^ N9 ?8 X. s; z X7 h. I, x/ D[attach]44944[/attach]
AC230/50Hz，100% load
( L4 d5 J# J8 I[attach]44945[/attach]
AC264/50Hz，100% load
" }1 |8 N# m$ c/ V
[attach]44946[/attach]
AC115/60Hz，100%load 启动时间=2.4S
8 _. O. @: z* u# T/ ~2 u2 E6 n[attach]44947[/attach]
AC264/50Hz，100%load 启动时间=980mS
% D0 ~* n9 H H6 @
6、EMI 评估测试2 @9 j! Z9 a; }7 |3 ]4 E6 ]
3 L9 I0 Q0 P$ C. x7 G测试条件：& o: |* A: {, J
4 @& c8 c/ \& M& ^ s
输入：230VAC50Hz；
3 l2 h) d3 n: V$ t: T: M输出电流：2.1A；
* p/ E# q1 A8 e7 x: Y负载类型：电阻；) q# c' F3 P' d2 I7 F0 T" g
限值标准参考：EN55013、EN55022B
6 _" K' L5 P1 d, U. d6 G+ W
1 D( j; }* q+ o: H' n[attach]44948[/attach]
传导L 线测试PK+AV
& R/ A7 X6 v' |7 b4 f- e( O: @9 a[attach]44949[/attach]
传导N 线测试PK+AV
e. }% J7 ?5 ~ \4 ][attach]44950[/attach]
辐射测试PK+AV
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