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标题: 优异性能、避免环路不稳定！电源适配器方案应该是这样的 [打印本页]
作者: 思睿达小妹妹 时间: 2022-6-30 14:14
标题: 优异性能、避免环路不稳定！电源适配器方案应该是这样的
本帖最后由 思睿达小妹妹 于 2022-6-30 14:29 编辑
. O: p. F' ?/ B. ? ?$ o" R( s1 X7 h: Y1 s
在上一篇文章中，我们介绍了基于公司主推的CR6347_5V1.5A充电器解决方案。接下来，我们给大家带来的是本公司24W电源适配器方案，它的控制IC采用了公司主推的CR5259。该方案平均效率>87.0%，能够满足“能源之星V2.0 VI级能效”与欧洲COCT2标准。就让小编带着大家一起来看看吧！) x: H( q H+ _; i+ b% k
/ |) W, V0 s! {* e+ v
01、样机介绍8 h5 }8 W* {6 k; k
* N8 v9 }$ a5 u B. M. C
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24W，恒压输出的工程样机，控制IC采用了本公司主推的CR5259。* ~3 j- M- m: U; O+ y, I
( R G4 U2 S5 y# U
[attach]45321[/attach]
CR5259_12V2A 工程样机示意图
( A K& B! f o- x/ a$ V
CR5259
0 `* X+ I/ }" V2 i6 D
4 M1 F6 D/ J- K+ R: N7 i) BCR5259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<75mW的小功率AC/DC电源适配器、充电器电源。CR5259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。& Q5 g# q1 v; r: O
- \. G, G3 M2 ~& 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。CR5259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），CS 引脚悬空保护，GATE 端箝位，前沿消隐等。
8 U. U6 i( C0 T! j4 M& c. K2 T( [3 a/ [4 t
芯片特性
$ p' w1 j$ |/ q# L# H+ Y( B( b# M6 Z/ h' P
● CR5259 是采用内置650V 高压功率MOSFET，反激式PWM 功率开关；2 |7 M1 q( Y, f
● 内置软启动，减小MOSFET 的应力，内置斜坡补偿电路；5 |% v, b2 g/ K( @
● 65kHz 开关频率，具有频率抖动功能，使其具有良好的EMI 特性；
! C1 x# I) V9 n6 l1 o6 q) \● 全电压输入范围，待机功耗:< 75mW；
8 h7 _+ x! O0 S5 O( H7 n: y● 输出接20AWG 1.5 米，四点平均效率:>87.0%，满足“能源之星V2.0-VI 级能效”: l. j; ]/ n) N
● 具有“软启动、OCP、SCP、OTP、OVP 自动恢复等保护功能；
& e( E7 R: \' Z" @● 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。
# L) I: K8 l+ `) u; i. G8 g+ h3 B: n- b0 A: Z$ d% s) } C
基本应用( `1 t9 r1 t* D/ c0 q! p
1 X3 z/ U/ I0 }9 n# F● 电源适配器* g$ k7 V. g+ Z8 Z9 u8 k" m" u
● 开放式电源, F- O Q3 l4 R" S
● 数码相机和摄像机电源
( f* l* d" C" ` W/ D* E) m, r● 电脑和服务器辅助电源
! k8 {* b% T6 J8 @5 o! D● 机顶盒电源
- O2 m1 Y+ n/ |7 v% I5 ]● 掌上电脑电源
1 ^6 k7 y7 E1 X k: k
# y1 V0 o, I2 O2 b引脚分布
; F' L. T" i$ {! c7 D
' X7 u2 x8 P4 B[attach]45322[/attach]
! i- i/ f" y- |+ ~典型功率2 S! \1 h& ]7 K- Q3 z" Z
6 ~8 m. u( R! I S1 S[attach]45323[/attach]
6 ~8 t. ?# \& i1 W
1、应用实际最大功率必须保证足够的DRAIN 散热面积，测试条件40℃环境温度。+ F# f% S, ?" ?! X
7 Z5 V6 |, \& S) P- t
引脚描述
; `. u' y7 B D1 ?/ r
( Y2 l- S( M; a[attach]45324[/attach]
8 L* w+ [* V% |* Y3 I/ A. h% j) ?7 ]: @) A
典型应用- U8 V; A7 y0 ]5 i+ U0 |# A/ X
5 U$ x( ]4 M+ k7 _% g. \( X
[attach]45325[/attach]
, X7 ?! n! q/ |( A8 q" W0 ~
该样机大小73.8mm×36.8mm，AC264V输入待机功耗<75mW，平均效率>87.0%，能够满足“能源之星V2.0 VI级能效”与欧洲COCT2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。
1 g6 P' m. Q# ~+ M2 A& A
- f; }4 s E* j样机的变压器，采用了EE22加宽磁芯（PC40材质），变压器绕制工艺部分，请见后文详细说明。' t( e0 W8 O. ^, j6 K# ^9 J
) [. r5 K4 e0 E9 ^. j5 c' d/ ]% C
02、样机特性 D) t0 @" I1 Q
( W" P, g' ~( u: X+ t+ E, ]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。
' @ Q/ w) e6 j* i: \
- U2 ~' S3 n: h! G2.1、输入特性：
8 w# P4 K% t: Y9 y- v[attach]45326[/attach]
, w6 B0 p" D: P% }/ P0 d2.2、输出特性：, H2 S. l3 }* r1 y# P
[attach]45327[/attach]
( v6 `0 J8 Q" |; z( u4 o2 r
2.3、整机参数：5 n4 n3 t' b1 `: v9 Y9 S
[attach]45328[/attach]
6 E& @% }1 q% O; C8 n2.4、保护功能测试：
/ b: J5 @5 z* _$ @! N[attach]45329[/attach]
4 O1 ?! t; K/ H* B- _. R8 U
2.5、工作环境：. b+ \7 H/ u) T, J: a. P' I
[attach]45330[/attach]
" c" h' N; \' W7 m6 P n2.6、测试仪器
0 d" \* z& P4 w! m) ], \[attach]45331[/attach]
: C1 @9 v: ^/ @
03、样机结构信息
, l+ `8 D& _( e2 y) B1 j# e3 H! q! Y
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。
$ c% `8 o& w9 w3 J- c2 X
& k A; M9 O6 k' X3.1、电路原理图及PCB 版图：9 s$ L( G! N- Y$ ?. Y. r+ Z
/ M, L5 a, u% Z+ N( C# H" k! u
（1）原理图：
$ i" f y, k& l; _
( }1 g7 I1 D% O# _8 E$ S. P[attach]45332[/attach]
2 S" n7 T3 @. Q: Q7 `* d3 i. h: V5 V
（2）PCB 版图：
3 V& D, g7 {7 {$ ?1 F1 G7 b' |/ b0 C6 R0 |$ M/ |) v1 i* N
[attach]45333[/attach]
$ ~% j* B2 B- {8 B; s& _7 ~4 N8 C% N8 w
[attach]45334[/attach]
/ e& }. n l* ^+ U
[attach]45335[/attach]
* F7 {) y$ C: m; ?' R: h3.2、变压器绕制工艺：
& U% e' a% b! J; r3 w2 d
! i* ?" D; I: Z# ~ g$ x4 Z) \（1）变压器电性及结构示意图：
! m, Y& ]: s) b, S[attach]45336[/attach]
j( G! d# Z- M# }5 J（2）规格参数：& A! n! I @2 f& m; O8 H. e1 D
5 J$ P. w; e8 ^4 B1）骨架：EE22 立式加宽（7PIN）,Ae＝58.2mm²；% ?: x+ ?/ h6 x" v/ ]
2）材质：TDK PC40 或同等材质；
4 Q. l/ ?' F% P, W3）初级、反馈: 2UEW 漆包线7 T: G; e$ ]! w0 v# O! d- G. v6 H: V) U
4）次级: 三层绝缘线6 c; |1 r* `; n' X k- L
5）绝缘胶带:3M1298 或同等材质
! ^& i! R$ D" [4 `6）初级绕组感量Lp：1.8mH±5%（测试条件：0.25V，1kHz）；+ u0 R8 B; l/ n- v# W+ N
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）)
, k" l' @; l' n: m: i8）耐压测试= 3KV 5mA 1Min& K" i1 x5 n3 o. ^5 E0 _. |
9）成品要求:浸凡立水/ u t0 W! Q( n# T
: d% m, h# e s8 D; v' G3 Q# ~
(3)、变压器参数：9 \1 n. ^6 F6 ]% z8 G* W; Y& C
[attach]45337[/attach]
3 {9 f% `; ]3 I( K7 h
3.3、元器件清单：
) K% x% V( L: m
$ i, J p2 r$ H% Y+ ^; H& s[attach]45338[/attach]
1 f! K: {* z( \04、性能测评7 S& O$ i( w, j% N" i
" z' o8 B, b: J7 f+ G/ R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。6 _' s; M! V2 g, `6 ^
8 s/ t, k( x# G/ A4.1、输入特性：
. n: Q( p/ q7 F! W0 }3 g
0 S2 o& ~3 |6 {* S/ V2 g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。% a- X4 |0 m/ P) \; H
* A% e9 K+ s0 R& A. n B$ t
表1 、无负载待机功耗(无假负载):- Z# r( P0 f2 K; u% _0 t
[attach]45339[/attach]
' p% Q6 X- k8 [2 k3 Y
表2、输出带24AWG 1.5 米线测试100%载下的输入特性/ f2 D$ q; O. N5 Z# f
[attach]45340[/attach]
+ h% u: ^2 A0 F! S表3、输出外接20AWG 1.5 米线测试的效率特性:
9 J+ A1 j1 x' e[attach]45341[/attach]
! }: ?6 ]! E+ ~5 E表4、输出板端测试的效率特性:% w& ?- z+ r$ ~7 ]8 M
[attach]45342[/attach]
: L$ X& _1 I$ q+ N
4.2、输出特性：5 o1 ]0 s" P2 A9 e" I- P
; p- X! t! ]5 Z注：以下数据均为外接20AWG 1.5 米线测试；
7 Z* u1 J0 c8 H1 l' g3 e( v; `4 [3 b2 O( z* T
4.1.2、线性调整率和负载调整率：2 f! T. w+ R8 T4 }$ k0 N
% Y& l2 J2 t! m+ |8 j# N; q表4 线性调整率和负载调整率:
! H" p3 a8 o2 q4 h0 n3 L[attach]45343[/attach]
% h% `5 v6 h% S) m7 \
4.2.2、输出电压纹波：
, `% F2 X1 P7 Q4 [0 Y
8 U7 t. S, O% E" L. L注：纹波及噪音在20AWG/1.5M 线端测得，在此线端并联10uF/50V 电解电容和0.1uF/50V CBB 电容，示波器带宽限制为20MHz。
8 z9 q/ m& a, J* H3 R
4 o. a2 A( e; U3 e) |表5 电压纹波测试; V2 T4 M8 ~9 a! L
[attach]45344[/attach]
H" G4 F! \( D; _) b/ Q* e纹波噪声波形图：4 C# \! u& p9 `: h, y6 E9 F& [
4 R0 w: P: Z( P1 C# n/ H
[attach]45345[/attach]
Fig1 R&N @ AC90V/60Hz,no load
8 j. H& \6 c. F! `! X+ d0 q, F
[attach]45346[/attach]
Fig2 R&N @ AC90V/60Hz, 100% load
5 _+ V o8 d/ o2 I9 K4 b0 k[attach]45347[/attach]
Fig3 R&N @ AC264V/50Hz,no load
T6 T# J) ^: t/ {. `
[attach]45348[/attach]
Fig4 R&N @ AC264V/50Hz,100% load
: |0 E! }0 Y4 C6 l( t" I( W
4.3、保护功能：
# }- K' S- Z( @7 X3 j2 C, A8 r& `: D5 o0 r" N
以下涉及过流保护、短路保护的测试。
. T7 G) p3 j0 s+ [! c9 c2 g1 S$ ^* D. ]/ ~3 ]9 J6 i" l
4.3.1、过流保护：
" S! ?6 r0 ?! a: P2 e+ }' z* q3 N[attach]45349[/attach]
( ?: N3 C- d/ S, q z+ | P4.3.2、短路保护：功率计限流电流为2.5A) z/ \) f. q5 n1 i% s/ U, ^
[attach]45350[/attach]
2 \8 T' m: w! }4 G8 {: l8 u% ]
4.4 动态测试：9 J, o% ^$ N9 z
1 N4 X& o# v/ c6 K注：输出动态负载电流设置为2A 持续5ms/10ms，然后为0A 持续5ms/10ms 并持续循环，上升/下降设置为1A/uS。. H& }$ B9 Y2 y7 O+ O7 F
0 k$ c$ i0 |* ^ Z
[attach]45351[/attach]
+ x' c: M. ^2 i9 T5 m. _
[attach]45352[/attach]
AC90V @ 5ms
- x' V$ ~5 }& Y1 h# k
[attach]45353[/attach]
AC90V @ 10ms
0 \, X7 `0 n, G6 J4 ?3 H
[attach]45354[/attach]
AC264V @ 5ms
3 d$ y+ O( S" ]- ?) p
[attach]45355[/attach]
AC264V @ 10ms
' w; h2 W/ t, B% _% o4.5、系统延时时间测试：
' I/ B. l6 \* i" O% k# i7 ^7 ]6 i4 D3 T$ C
注：AC 端（绿色）、VO 输出端（蓝色）波形图。
2 o! d3 J6 c( E- l/ R2 x$ W0 z( M+ o4 @6 Q0 X7 I! v
[attach]45356[/attach]
, D5 c! j& J) D$ A v0 q[attach]45357[/attach]
TON_DELAY @ AC100V，100% Load
5 S, r$ U4 T' `7 H6 e& G8 E[attach]45358[/attach]
TON_DELAY @ AC240V，100% Load
0 e( X* J$ ]8 \" R! y" D2 Z
[attach]45359[/attach]
TON_DELAY @ AC100V，100% Load
X& Y4 {6 `, f- @
[attach]45360[/attach]
TON_DELAY @ AC240V，100% Load
, N2 M6 x" }2 h B! S6 e/ n
[attach]45361[/attach]
VOVER_SHORT @ AC100V，No Load
$ p( _/ c* J5 u( ?) S[attach]45362[/attach]
VOVER_SHORT @ AC240V，No Load
7 B/ V- Q& F4 ?: R6 E+ e
05、其它重要波形测试1 Q* |3 b2 _ X t q
2 j; M3 e& R6 b2 }: iDRAIN（绿）端、CS（蓝色）端波形图：
: K3 I T1 U3 ~& y! J9 W* ]# C1 L, v
[attach]45363[/attach]
AC90/60Hz，100% Load
& I. {6 |3 N% Q. J2 S2 h[attach]45364[/attach]
AC115/60Hz，100% load
- }; ?# w! N: X$ {5 ^+ O: W2 i) }[attach]45365[/attach]
AC230/50Hz，100% load
+ B$ b2 L1 r2 `: G j[attach]45366[/attach]
AC264/50Hz，100% load
3 Q: {, q3 z. ^0 _" |! |[attach]45367[/attach]
AC115/60Hz，100%load 输出二极管Vds
2 r* P9 J, _ z, ^. h7 ?; d
[attach]45368[/attach]
AC264/50Hz，100%load 输出二极管Vds
( Q0 v& n) S; E2 I* t0 K
06、温度测试
! ~$ e6 t; y4 u9 l+ j% n- Q+ H3 ?$ N( z
测试条件：40℃环境下满载测试。
* K6 {; u; F( r
7 U! D0 k6 {6 r( i4 p[attach]45369[/attach]
% L' c& ]+ B2 N. P4 A; w6 C
07、EMI 评估测试
; M0 P: v; n8 N# G! q2 \9 v
. e3 i, R4 Y* |& z7 n% N6 x% h7 p测试条件：
1 z5 X/ {' {' e" G* f3 U" j7 g& P N, A! e5 o0 A' U8 H0 K
输入：230VAC50Hz；输出电流：2A；负载类型：电阻 输出低接大地2 Q, A8 d1 ` Y+ m0 |: n
限值标准参考：EN55013、EN55022B
" [$ w e1 H- r
: L+ y6 j v; T# e' i5 ]; p[attach]45370[/attach]
传导L 线测试PK+AV
' p) S- r; m. d[attach]45371[/attach]
传导N 线测试PK+AV
* S( e! G" } n- W# ~, a' U4 j
[attach]45372[/attach]
辐射测试PK+AV
7 m, y. C$ G3 h' `, v; n$ ]
输入：110VAC50Hz；输出电流：2A；负载类型：电阻 输出低接大地
: E- W. g) @. O8 T+ G8 W5 g限值标准参考：EN55013、EN55022B
0 ]7 S0 t7 @, O8 A
/ q/ Q$ Z( H% o1 m. W/ h5 M[attach]45373[/attach]
传导L 线测试PK+AV
/ @9 L" t, ~6 Y6 h" v7 [[attach]45374[/attach]
传导N 线测试PK+AV
6 P9 S. B0 K, @ l5 I6 B% y9 M9 [
[attach]45375[/attach]
辐射测试PK+AV
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