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标题: 打造高效率低成本的12V1A电源适配器方案，这颗芯片至关重要 [打印本页]
作者: 思睿达小妹妹 时间: 2023-1-5 11:05
标题: 打造高效率低成本的12V1A电源适配器方案，这颗芯片至关重要
本帖最后由 思睿达小妹妹 于 2023-1-5 11:11 编辑
* e. ~6 x! W ]7 t5 t5 W" B. o
8 q( O. w5 H- _$ P3 X4 W7 u文章概述2 w2 _1 {0 v( _* Y& D3 v7 C) r
& G& s+ |( h/ W/ J) W3 W本公司主推的CR5244是一款高性能的电流控制型PWM开关，适用于待机功耗<100mW的小功率AC/DC电源适配器、充电器电源，而且它可以完美替代XX2358。
8 r* C( p R, U* Z& E( i9 h
6 B4 o3 N: u7 `& ^本文，我们将介绍基于本公司主推的CR5244_12V1A 电源适配器解决方案。
6 W4 ?6 J% F( i* B9 o: H) v# j6 r$ X$ o6 c
1、样机介绍# |7 }( y a& A, E" [
! V/ M: T& @- T3 q8 l U8 K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，恒压输出的工程样机，控制IC采用了本公司主推的CR5244。 s2 q3 P# T. i2 | h' C* f6 u4 Q$ h
* e; f1 O3 O! }4 w
[attach]47009[/attach]
6 n( ]1 g# C) K. n3 ~" r8 {8 _
[attach]47010[/attach]
CR5244_12V1A 工程样机示意图
6 C. U: t6 a2 M/ S0 \/ {! G3 rCR5244 芯片7 b7 C9 p# v' R% C5 h% o
8 o% z2 K' @0 S1 e4 D1 h, O
CR5244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。CR5244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。
7 Q4 ]3 x' N" r h8 U/ c4 f* F/ Q' ^, x
特性( [5 v- A; R3 u! D
* x l, B* G- ~, e1 \& `' T8 r6 l
● CR5244 是采用内置600V 高压功率MOSFET，反激式PWM 功率开关；
* ~% ^* V6 q6 L2 L4 S% `/ t9 j3 n● 内置软启动，减小MOSFET 的应力，内置斜坡补偿电路；4 \4 F) j3 U1 b! ~+ X
● 65kHz 开关频率，具有频率抖动功能，使其具有良好的EMI 特性；# P. w5 C. O4 u! C
● 全电压输入范围，待机功耗：< 100mW；
: e# ~6 R9 I( ~8 p9 ~0 c; I● 输出接24AWG 1.5 米，四点平均效率：>84.0%，满足“能源之星V2.0-VI 级能效”
, Z. x6 ~3 P, v( `; k5 N● 具有“软启动、OCP、SCP、OTP、OVP 自动恢复等保护功能；
) y2 \% B- U. O ]" @2 [8 I* K# t6 @● 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。+ D% n7 m$ T$ R& C# f: o* b: @5 l
3 f" ^& Z, j# U基本应用" A. h9 w0 a7 c1 g) b# e
* d3 }$ P5 _0 Y( e; s2 P# N! g1 L, z. S● 电源适配器& N/ D, c& |$ w5 U) O& {
, t: L# ~( R) v
● 开放式电源
0 t: V; d/ z. L' Q
6 x3 d: o) o4 Y1 ^. t# D● 数码相机和摄像机电源* R) m3 f, V, l5 O8 e W
5 W+ u2 |$ {! {+ _● 电脑和服务器辅助电源
, W1 s; d* ?1 V/ P% n1 [: |9 D' }3 u, D: t+ d. K5 `$ a
● 机顶盒电源
( D Q4 z0 R' k4 |6 @: U+ \4 G" n1 D: S5 }
● 掌上电脑电源4 w/ l( J& F8 t
4 H- q3 S5 n0 l v1 f
引脚分布5 ^" a9 ~* K$ d$ L; }. e/ e. B7 j0 i/ J
5 h* H8 ~8 w, _- c( I& n: w
[attach]47011[/attach]
/ H- k1 b5 s9 f6 B* e, Y$ I引脚描述
: O. |8 a' D) A( V# N8 k+ `( {, H# g9 g7 }2 J1 l. m
[attach]47012[/attach]
0 {" P4 F9 z, s; a" L3 e
典型应用$ ]* k9 V& r& V* A: T2 d
, I- |' }8 _3 G" g
[attach]47013[/attach]
( O8 [$ x) e4 M4 |6 M
该样机大小65mm×38mm，AC264V输入待机功耗<100mW，平均效率>84.0%，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 T9 n% t& `* I; E2 s5 q& [& m! K; R q& S2 v5 b6 z/ ^( q( k
样机的变压器，采用了EF20磁芯（PC40材质），变压器绕制工艺部分，请见后文详细说明。8 A9 R- M- P9 W- F/ K4 t% q
8 }- N p6 T1 _6 b
2、样机特性
y$ R: E2 b3 }1 a7 X9 S& M6 @$ X6 G- m0 J
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。
# @1 X- ]& q3 J t1 `9 B9 `9 ^4 a1 J3 r& k
2.1、输入特性：
5 ~3 C s$ t1 \[attach]47014[/attach]
s3 t' \7 O# ]& k' E- z/ ]: l
2.2、输出特性：
" {9 m0 X$ R/ E d[attach]47015[/attach]
) [% h2 S- V+ f1 \2.3、整机参数：
0 D J4 v9 n: w6 e' x[attach]47016[/attach]
/ B! _3 Z; ^+ }; }. u/ m7 U
2.4、保护功能测试：
" D4 a/ a" z4 Q+ h[attach]47017[/attach]
7 R0 o& A0 }2 n% c2.5、工作环境：
! W) j7 W; W/ v1 d2 a3 o L% @[attach]47018[/attach]
9 y o, L7 Y3 t. ^2.6、测试仪器" I& R& X6 I# @! ~1 i
[attach]47019[/attach]
- @/ `; @- T2 L+ J$ S; \$ x* T5 R( m
3、样机结构信息
- D+ f5 T9 \7 Z# |; \! o) y5 s* v* L3 E# ]7 ]
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。! ]" X5 \ i. B% w: N
+ G9 }1 V; r4 v6 e: Z3.1、电路原理图及PCB 版图：
% S! { t- ` A! \9 R0 b; l7 Y7 w
# ^) ]9 O+ |8 K（1）原理图：
+ D d, I. Y' T# f[attach]47020[/attach]
（2）PCB 版图：2 [1 T4 _: \: T6 P* l
6 u; U9 y: v) U( l# o; Z
[attach]47021[/attach]
7 P4 j% d3 n: Z9 c! Y4 N
[attach]47022[/attach]
) b' E+ a r6 B8 f( W) b5 ~- K
[attach]47023[/attach]
$ i0 }5 p; S8 Q6 `1 z, |
3.2、变压器绕制工艺：
# k/ m( ~& D% M" {" x$ q; O8 | U2 n6 j. F6 c' L
（1）电路示意图：1 J' M1 O# x y/ n2 E: U! r+ A6 {
$ u! C5 K4 \% Q+ |$ |8 f" D[attach]47024[/attach]
5 M& U2 b# X* j( x9 J（2）规格参数：6 R* f9 j( D3 `$ m
" r+ Z& Y& \- O: u3 o, T2 [, E
1）骨架：EF20 卧式（10PIN）,Ae＝33.5mm²；
, n3 h9 Q7 a! x: y. H2）材质：TDK PC40 或同等材质；
, w2 A" Q0 q' ^% h3）初级、反馈、屏蔽: 2UEW 漆包线
6 B. x7 [( y" T+ q* N/ {4）次级: 三层绝缘线! ?+ }8 j" b0 H' f4 ?
5）绝缘胶带:3M1298 或同等材质
* n0 \' n) u M ]' N6）初级绕组感量Lp：3mH±5%（测试条件：0.25V，1kHz）；3 N! F' L$ q+ V- q# H8 K+ M+ m
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）)/ c9 ]$ ]& V0 ~" _8 V) \
8）耐压测试= 3KV 5mA 1Min
) u8 `& ^( ^* |6 u: a! @6 z9）成品要求:浸凡立水
, r( n( K# j' `8 M7 Z- I, r/ H4 ^5 ^
（3）变压器参数：
4 P- D& l- S, n+ l: y* G- @[attach]47025[/attach]
# |, p7 S" {" _7 ?（4）变压器结构图：+ Z* J, ]5 y5 Y! H" O3 O$ d2 h6 v
$ E* y( S$ K; x3 K% [5 ^. d; ]' B: f$ M[attach]47026[/attach]
: M. t: K5 h! e5 O& D% j. r3.3、元器件清单：
, h7 A2 {, [. A9 r[attach]47027[/attach]
9 z8 ~. J, K t# h* k# d4、性能测评
& O6 v1 w6 l) S+ ]4 x: Y* s$ d$ s7 W R& e9 L/ e+ m, 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。7 D8 W) x' ^: B/ e
$ h, M6 b- e8 g7 s4.1、输入特性：
6 k% [, b) B/ @6 k/ _% K
( L2 \8 H1 w; 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。' r% Q( h! N, ?/ G% P8 R h
. t% o# I+ l6 a8 l
表1 、无负载待机功耗(无假负载):, \. @0 K! a1 W& O
[attach]47028[/attach]
" k& s6 Q5 J6 p' I2 W5 ^表2、输出带20AWG 1.5 米线测试100%载下的输入特性
Q. R5 O5 _6 h- e! J[attach]47029[/attach]
; I6 P$ R* t0 l# m* V% y( g; }
表3、输出外接24AWG 1.5 米线测试的效率特性:8 T& M; j0 W" m( D: U8 N
[attach]47030[/attach]
, D. i# M2 i& H4 D' ]表4、电源板PCB 端口测试的效率特性:9 S! q( `# W B. h6 F8 _# U. @# h
[attach]47031[/attach]
/ a$ W) I1 }/ a7 N5 t( o6 a# s* z2 o
4.2、输出特性：- S* p, F0 O% m# r
: v% S- v/ j- \5 G( ] B% L注：以下数据均为外接24AWG 1.5 米线测试；- t& H/ j4 _/ }, A7 z4 ^2 b
3 N: W+ l% {9 N, o& _4.1.2 线性调整率和负载调整率：
& ^9 p, X7 ]4 }9 U! u
& ?# L0 H/ J* a& ^6 b# |表4 线性调整率和负载调整率:' |* P3 r8 ^; Z' T
[attach]47032[/attach]
6 v8 \0 G- `* a; i2 D4.2.2、输出电压纹波：" k9 m6 i% s$ I
: z7 ~% y- S, U. H! r! ^! l
注：纹波及噪音在24AWG/1.5M 线端测得，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。3 E: b, @% o) j
# b7 I6 Z) G% |* p表5 电压纹波测试 B1 N$ X: t1 p; F. @+ O; z; ]8 R$ {. m" p
[attach]47033[/attach]
: b- N: B& J m6 s0 o
纹波噪声波形图：
. |# K. f! X) ~: l
! E( H C$ M1 Q[attach]47034[/attach]
Fig1 R&N @ AC90V/60Hz, 100% load
6 u3 ~9 W7 F% X% V
[attach]47035[/attach]
Fig2 R&N @ AC90V/60Hz,no load
1 D% s% I5 @( f1 A! p
[attach]47036[/attach]
Fig3 R&N @ AC264V/50Hz,100% load
* v3 _0 l5 w# }; p, \$ a[attach]47037[/attach]
Fig4 R&N @ AC264V/50Hz,no load
; w- P8 P& C1 d1 G. t2 r4.3、保护功能：% F1 D P* ^ e* d+ ]+ {! E$ j5 E
( k& d# O+ p9 Q以下涉及过流保护、短路保护的测试。% R0 l+ c8 a' `% @
( b' d! f! Z' A+ F$ ~& U! U
4.3.1 过流保护：$ ^* F9 _0 } x/ [
[attach]47038[/attach]
; z* B; a0 U% L7 T% n) w u1 _& B( [. L4.3.2 短路保护：功率计限流电流为2.5A
' x1 R p3 {. h( N" A+ N h, r. k7 d[attach]47039[/attach]
% O5 `7 `1 Q7 Z5 r2 b5、其它重要波形测试: H. h; W- e, p. s
) \5 S& E$ T$ L" @' n, x) |
DRAIN（绿）端、CS（蓝色）端波形图：
/ N4 H- {' [# g6 N: q) }1 b[attach]47040[/attach]
AC90/60Hz，100% Load
* `' ]8 N& b7 T( f# T7 F[attach]47041[/attach]
AC115/60Hz，100% load
. H/ E: y7 i$ J7 n( u. I1 w; x[attach]47042[/attach]
AC230/50Hz，100% load
6 f8 ?: A* F! y$ U- ]$ h; O
[attach]47043[/attach]
AC264/50Hz，100% load
' f5 l; ?! {0 p& @- ]: P! }# \4 R[attach]47044[/attach]
AC115/60Hz，100%load 启动时间=2.4S
/ ?3 T7 r2 Q3 u: k% B. q5 `[attach]47045[/attach]
AC264/50Hz，100%load 启动时间=980mS
9 p& q1 r% X2 ~
6、EMI 评估测试
$ K" e. b* m: ~" t$ j" b
$ E9 P2 s- e' ` k测试条件：/ k/ b; B. w) m
5 f" R" X. G. Y, l$ t输入：230VAC 50Hz ；
% A! a0 C2 U2 a1 W1 }输出电流：1A ；
, ]9 k. o$ c2 }% U负载类型：电阻；
! L. O' m9 B7 Z" {1 w( P限值标准参考：EN55013、EN55022B。) o- y8 h$ h2 ]: N
; t2 q8 [* T$ g5 _ o
[attach]47046[/attach]
传导L 线测试PK+AV
- T5 J! |( L: h6 ^! {. e[attach]47047[/attach]
传导N 线测试PK+AV
4 ]' H$ p. v H- d8 H# @
[attach]47048[/attach]
辐射测试PK+AV
/ c5 L6 @* L! x" ~, F# k i9 W8 ]0 f
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