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标题: 一步到位满足充电需求！安利你一份实用的10.5W充电器方案 [打印本页]
作者: 思睿达小妹妹 时间: 2022-12-1 11:30
标题: 一步到位满足充电需求！安利你一份实用的10.5W充电器方案
本帖最后由 思睿达小妹妹 于 2022-12-1 11:47 编辑
' d M/ z" s4 `! ^, f# {6 w; i4 V# \8 l3 X
本文所介绍的是基于本公司主推的CR5241 10.5W充电器方案。其中，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。0 _, \1 U: i) _
* e' l; l5 M6 E2 @+ H: }: E01、样机介绍
7 l4 C% F& B4 s7 i; \! N$ r+ S) @* O8 G
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。+ O g9 B' u# {8 k
: N2 E& v: p; S$ v/ j7 R
[attach]46741[/attach]
8 b( I B+ d1 V[attach]46742[/attach]
CR5241_5V2.1A 工程样机示意图
: m/ j- b. ^* J8 Y2 L/ y5 ~9 ~关于CR5241- g3 {/ ?4 Q6 J( B5 C! L
, Q& {4 E" A6 E9 O( `) E" eCR5241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。) H9 V+ F9 B* @
) m. x+ Q+ k; O' w( \6 S
CR5241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。* r) J/ C& _" J! h, @- a, e
0 Q1 L' }0 k& l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。
* a; B3 t- @2 G) Z1 J5 ^/ A! G& i& c" L: X" e& ?( [# Z
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。
( R4 r" q7 O! q, f- j# G0 h8 U
& O, g% {6 `3 |! \+ u; m D芯片特性
* S' c6 f7 \/ `9 b% b! ^ l/ \4 d1 q& m2 V
● CR5241 是采用内置600V 高压功率MOSFET，反激式PWM 功率开关；( H7 ]3 X7 M2 y1 D( V
2 m, z, s; I$ X
● 内置软启动，减小MOSFET 的应力，内置斜坡补偿电路；- Z" V7 h8 R; l& M' B# F- u
: r/ X$ h. b. B
● 65kHz 开关频率，具有频率抖动功能，使其具有良好的EMI 特性；# }& q- R4 C6 ]2 K4 o7 ^' Q
! S+ X8 J+ E7 C$ O) e- a● 全电压输入范围，待机功耗:< 100mW；
4 e9 N' @9 b0 o, b- F2 z" k
/ C# j) x! @8 Q2 N7 t" K● 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 Z" j! L1 H3 o) H
$ {0 u) ?4 w3 X: `● 具有“软启动、OCP、SCP、OTP、OVP 自动恢复等保护功能；
% m* C5 J, f; e) A5 ^$ X7 i/ [4 Z+ K7 X! X
● 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。3 b5 i' L) ~8 s. g
: q) M" u$ Z( }. J* g6 j基本应用1 V- \8 a' `( g
, u+ S) P S# J$ I& e( l# g m● 电源适配器
, y% p1 ~8 B! B1 k& K2 f* T5 [● 开放式电源
& y, _7 N; Q2 a; L3 H$ z● 数码相机和摄像机电源7 M5 C4 C4 U) w# B
● 电脑和服务器辅助电源+ f& a; l* K4 A6 L& y+ R! `, B
● 机顶盒电源# n h8 q, |7 y) k/ c& E& w
● 掌上电脑电源
. O/ | w$ z7 P) U8 O! I8 u! ^6 }. V! @' ^
引脚分布# }+ Q+ j7 R( z P
% @) C4 Q n7 I6 g% C[attach]46743[/attach]
引脚描述
0 o! P+ ?+ N- h% Z5 d* X
+ G) _/ L! ~7 D7 t[attach]46744[/attach]
5 A: w9 V' i" C, S! P典型应用
$ Z4 ?* x; l* K* ~$ X# K
# O+ c% L- y$ {2 t1 q( v& o[attach]46745[/attach]
7 f0 p, A; i0 c: ^9 F& U1 n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。
, j8 |* c# B3 T x9 [0 d) o& h$ \# u6 o+ g
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。
" w j, _5 \1 t8 ~/ ^7 R- B0 S
; F- I: O5 r: t) v- J% q5 {02、样机特性
" ~ B/ `. \/ {; t% F4 J2 R
U" w, x8 H6 `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。
' C/ F# B' s b- x3 d) X1 g" w0 V, k% F' |3 R* d5 f
2.1、输入特性：2 C' E3 s$ g* S3 `2 a. r) S
[attach]46746[/attach]
2 L" w7 W+ J/ v f4 D1 a2.2、输出特性：1 |! Y8 ]8 O8 `. f0 D ~& X9 J
[attach]46747[/attach]
" o% q7 n5 M6 x( z, Y9 F2.3、整机参数：/ L+ l5 S6 p& n
[attach]46748[/attach]
% x% {" x; ^ L) C1 ?! d2.4、保护功能测试：
% d2 B! u3 B* |3 W L8 @[attach]46749[/attach]
. \$ {2 n' N* e, d2 Q2.5、工作环境：
" w& T% y$ s: R' \[attach]46750[/attach]
, Z. B* r6 S z7 n2 q
2.6、测试仪器
: Z8 Q- f {4 u# |. a[attach]46751[/attach]
( K1 V* A1 Y/ n. T03、样机结构信息
. Q! I ^. z9 X) p# A+ }. u" E. e9 ~ \ T y) R
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。) T. P7 |; a+ b2 o) g4 I7 t
, X" |- a' j5 E2 h4 s# t/ d3.1、电路原理图及PCB 版图：* W |( D6 U6 w) X
' F1 Z! i3 z8 b/ q6 k% G, P（1）原理图：
- N2 v3 m- N" B. j
. u$ a4 V* ^/ g+ K, y0 A' i, r[attach]46752[/attach]
（2）PCB 版图：
u, {( m3 N# r: c: U) J" B8 K7 P# R, `* R
[attach]46753[/attach]
- G. j9 V( c5 N+ c
[attach]46754[/attach]
8 f4 R$ @! z* L" `% m- X- Q' `[attach]46755[/attach]
" O; k; z+ A `" Y3.2、变压器绕制工艺：
2 Q* Q n* I1 C- f+ ]# Q# J. B* S+ r: {8 O* J+ {+ s
1）电路示意图：# g; X3 l) V8 c8 {& I b1 m
2 w# T& ^5 L6 w6 G6 R7 j
[attach]46756[/attach]
（2）规格参数：
' K4 C5 h* f* Z6 {; S
) ]! t" @: A' g8 u1）骨架：EPC17 立式（5PIN）,Ae＝22.8mm²；
( ~. s: y! H' }9 C/ f/ F* B' T2）材质：TDK PC40 或同等材质；
. B1 A9 |* P1 \- D8 n- j6 n3）初级、反馈、屏蔽: 2UEW 漆包线. {$ G5 K! w# C, Y5 i. T; I1 Y( E
4）次级: 三层绝缘线 Y* Z# m: f' h8 a2 x
5）绝缘胶带:3M1298 或同等材质
# A. ?; F/ I( F. I0 z6）初级绕组感量Lp：3mH±5%（测试条件：0.25V，1kHz）；# U# K4 j- [) m. t
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）)
$ `1 {* q/ y: ?2 V1 V9 K, R8）耐压测试= 3KV 5mA 1Min
. u" X9 l7 m; V6 s9）成品要求:浸凡立水1 e9 k( M! O5 B( x$ m6 ]
( W7 z2 X6 d: A$ l. P" o; p
(3)、变压器参数：, ?4 s4 j9 `: J. U b
& Z; f2 ^ L' W& p, i) C[attach]46757[/attach]
8 A, H/ I0 }6 h3 y, l# Y, o, S
（4）、变压器结构图：
6 @( F4 O( s4 e/ s! @$ p2 ~[attach]46758[/attach]
3.3、元器件清单：
! Z3 Q5 h7 W" A7 O6 S% Z1 L: t6 I0 Q4 B* {) }. f* y+ F. ]
[attach]46759[/attach]
7 ]0 { t. i8 l' ?0 i04、性能测评 R' ?: S: O) V# \6 S/ e
" l# G' t, A \& {3 x+ ]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。% r, V* e9 F1 W" v0 g- D- s
4 ^' i: K0 M. j! G2 ?4.1、输入特性：
7 O- p Z" y) `. o8 @9 a6 s; Z$ b c6 n. f% a1 |
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。2 G! w. @1 v3 k5 a
+ v) N; B- c- R
表1 、无负载待机功耗(无假负载):( a4 Q2 Y3 y3 J w. p
[attach]46760[/attach]
1 E; m5 q8 d* w
4 [+ @0 k5 B6 B表2、输出带20AWG 1.5 米线测试100%载下的输入特性
, b3 H' Z% K$ \* C1 u$ Z[attach]46761[/attach]
4 T$ [' q3 I& N( ^- I
( x/ p& s ~* [# ^$ ?3 A& Q表3、输出外接20AWG 1.5 米线测试的效率特性:1 J$ U3 N2 n/ f |. S/ j7 z
[attach]46762[/attach]
2 b% K% i2 k% o5 r) X
# l1 Z# B8 ]! Q( Y) @表4、电源板PCB 端口测试的效率特性:, ^1 W' ?: J$ C1 f6 F% t5 c
[attach]46763[/attach]
9 [, i' I3 c3 S- n
4.2、输出特性：! O8 u* T/ N; B8 e; l# @0 ^, j
7 f: J# A2 F h4 V3 G* f9 u" ]注：以下数据均为外接20AWG 1.5 米线测试；- W- I7 g. }) q7 e
% ?! S, s- G0 W3 K0 n6 y# y4.2.1、线性调整率和负载调整率：
. p$ o: M9 s/ J" T5 m+ U
+ s L6 r- ]+ f) _) M表4 线性调整率和负载调整率:' C" j& U& R3 l
[attach]46764[/attach]
4.2.2、输出电压纹波：
" t3 v& o% D( L2 Y6 U. q& a' M* g5 \. h; b! d" a
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。 a; @# y+ A e; J( ^3 \
5 G% D: |- v. B7 V! m: j6 Z7 c
表5 电压纹波测试
% W6 K$ C, g5 e) @6 T) s/ i[attach]46765[/attach]
W+ k$ x: W G* b纹波噪声波形图：5 U- M, u" e! o& Y; }
6 M) |) `' P9 t
[attach]46766[/attach]
Fig1 R&N @ AC90V/60Hz, 100% load
! d" Y4 i: x6 m2 b+ h& u) b
[attach]46767[/attach]
Fig2 R&N @ AC90V/60Hz,no load
+ d: G3 q7 b9 v$ w5 G[attach]46768[/attach]
Fig3 R&N @ AC264V/50Hz,100% load
, c5 i% o* a: k
[attach]46769[/attach]
Fig4 R&N @ AC264V/50Hz,no load
7 P: N3 S+ T- H( u0 _4.3、保护功能：
0 u5 h0 F6 e* n {/ H) w( ^ J7 @% s5 O& M
以下涉及过流保护、短路保护的测试。
- U5 A8 ?+ O) G! L
3 b! u9 p2 Y6 V) i. V1 y9 c4.3.1、过流保护：7 u& n, H' l& U/ @# s
[attach]46770[/attach]
. `- ?, P8 g/ [7 ~! T B; ^5 b' o* H7 ~; L: U) n4 X, n
4.3.2、短路保护：功率计限流电流为2.5A
+ \; v$ j# r: ]2 V" ~ ][attach]46771[/attach]
2 V, b- `: }8 c/ O8 y05、其它重要波形测试$ l% p2 B* K& w$ @- o z7 l
& f/ O) t$ V+ b. f
DRAIN（绿）端、CS（蓝色）端波形图：
( o+ g& K; j9 W# H" Z* }+ Y
! q* B" P# d1 G. l) x* j5 _8 S; ]# M[attach]46772[/attach]
AC90/60Hz，100% Load
& S9 q8 d; I! N5 L0 }6 C9 M
[attach]46773[/attach]
AC115/60Hz，100% load
/ p8 d5 z3 i+ r1 s" k, J8 i% _[attach]46774[/attach]
AC230/50Hz，100% load
2 R a8 V1 w$ c8 p! j
[attach]46775[/attach]
AC264/50Hz，100% load
- I6 j* u& M$ x6 C/ I
[attach]46776[/attach]
AC115/60Hz，100%load 启动时间=2.4S
0 b& E' _) m, f- R[attach]46777[/attach]
AC264/50Hz，100%load 启动时间=980mS
# M& i/ F" T5 m6 c! N
06、EMI 评估测试
5 C! o% m5 Z: w) e% ]% l
- S' E; F* Y' Z+ F测试条件：3 j$ `3 n1 \, q6 ^) P- i
! H7 M+ u+ P' X5 {输入：230VAC50Hz；
# e9 I) V& I ] p- J/ J. ~输出电流：2.1A；
! K( ^9 c; u+ V9 B负载类型：电阻；0 ]( z- b8 N) r# [7 M
限值标准参考：EN55013、EN55022B
6 o$ p' B1 K) g: [; d+ L" ]/ S" ~9 f: z0 f3 ^1 G) [
[attach]46778[/attach]
传导L 线测试PK+AV
& v. O9 f7 c# K M1 W g4 a' m2 N
[attach]46779[/attach]
传导N 线测试PK+AV
2 l& l3 R! T1 k6 A
[attach]46780[/attach]
辐射测试PK+AV
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