帮你解决功耗、效率问题！看看18W电源适配器方案有多给力

思睿达小妹妹

在之前的文章，我们给大家介绍了一份“硬核”的240W电源适配器方案，该方案的控制IC采用了本公司主推的CR1252和CR3012。

2 D% P. A/ u% I6 {/ e: D% o本文，我们将给大家带来的是一份基于本公司主推的CR5149TJ_18W电源适配器方案。该方案全电压输入时平均效率>86%，而且具有良好的动态负载能力。当然，还不止这些，小编给大家一一揭晓。

1、样机介绍：

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CR5149TJ。

% _. S9 C- C) l

CR5149TJ_12V1.5A工程样机示意图

CR5149TJ芯片

" U/ [9 \6 m$ S; r; OCR5149TJ 是一款高集成度、低待机功耗的CCM+PFM 混合电流模式PWM 控制开关。CR5149TJ 轻载时会降低频率，最低频率22kHz 可避免音频噪声。CR5149TJ 提供了完整的保护功能，如OCP、OTP、VDD_OVP、UVLO 等。软启动功能可以减少系统启动时MOSFET 的应力，前沿消隐时间简化了系统应用。通过频率抖动和软驱动电路的设计，降低开关噪声，简化了EMI 设计。CR5149TJ 提供DIP-8L的封装。
4 r  [; V0 T2 w! m8 \+ B" h* F
9 ?) y2 B+ Q! q0 q& k) o特性

● 较低的启动电流 (大约3μA)

/ q! q$ L6 ?" a- A3 Z● 全电压范围待机低于75mW
! B6 p/ b# A3 z, F. t
8 t8 ~# B1 y2 i● 满足六级能效标准

& N; ~9 `1 ]" k7 Y/ C9 b( n● ‍内置软启动减少MOSFET应力

' o# p0 `; U6 X8 l● 内建同步斜坡补偿，消除次谐波振荡
) o4 z4 l# H  f* i; N/ L2 N
0 `0 F" A% @1 |● 内建频率抖动功能，降低EMI

● 内置65kHz开关频率

0 F/ s, `/ K5 V9 u7 k  j● 轻载降低工作频率

1 \+ j: i6 J+ H6 Z  t% u) t● VDD宽工作范围

* T" u( d; m' q$ s● VDD过压保护功能

● 内置前沿消隐电路

6 u; ^) O! a2 v, o# n  Z6 G6 L. b● 逐周期过流保护
9 j; `, f9 Y! j3 q
' V/ ]  s6 z. O# x% ^: e" u● 内置过温保护
; ]- ]5 I* q7 |6 P% @
● 过载保护

: x6 Y2 v3 L& s- I4 r● DIP-8L绿色封装

( j6 {2 U* M2 p) r' W3 k基本应用

● 电源适配器

6 C  c, N; U* l( e' E● 机顶盒电源

● 充电器
, Q) ^4 i4 }+ C& D/ V# d- w
- ~; g  ~0 r4 P: s* _( \, z● 存储设备电源
: C  a' A+ s, g5 x
典型应用

4 Q2 u' o6 j$ |/ F! }管脚排列
6 N# y% W1 L2 W- A! V* B& J

管脚描述

1 f+ s2 Q) L4 Q: Y6 U

. m3 D3 J6 g: v) ]3 E$ B
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70mW；全电压输入时平均效率>86%；输出接22AWG1.5米线能够满足最严格的 “COC_V5_T2” 能效标准。
& l9 P# E# _8 U
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。
0 S6 g3 @# i8 a$ w
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。
2 q% B- M+ w8 ^
2、样机特性：
" {7 p, n3 y% i
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 y& `; O' {8 _; D9 |2.1、输入特性：

2.2、输出特性(PCB END)：

2.3、整机参数：

2.4、保护功能测试：

# c- S" v/ Q+ ~7 ]6 ?2.5、工作环境：

2.6、测试仪器：

3、样机结构信息：

# S+ K0 j! s0 ?3 g' b& N* 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。
2 H8 `1 L9 Q% U; Q3 s1 T
3.1、电路原理图及 BOM：
: o6 T6 \: ~+ g  d' c
  G' W7 T% `/ q) t3.1.1 原理图：
1 L8 w7 n2 T# ?0 l/ R5 Y# C! B

3.1.2、元器件清单：

2 d: a; J! D' }+ u3.1.3、PCB 布局&布线：
' H7 C4 \, b' ^3 w$ [& h4 Q( U

PCB 顶层布局

PCB 底层布局

- T+ Y7 E4 k! U

PCB 底层布线

3.2、变压器绕制工艺：

. n  u9 @% i( |; o" R% @3 I. ?3.2.1、电路示意图：
9 A  H6 I" P/ \1 s5 h2 c
2 b, I; Q$ A' G
& l- \2 M( |! Y$ P$ C! F0 W

3.2.2、规格参数：

1）骨架：EE19W 磁芯加厚立式（5+5PIN）,Ae＝46mm²；

. S& I5 R9 p1 J/ {/ V8 `& D2）材质：TDK PC40 或同等材质；

3 @% U4 ^; t* g5 ^/ }* N3）N1、N2: 2UEW 漆包线；N3: 三层绝缘线；

2 E) d7 I& O- l7 L% o4）次级绕组从变压器顶端进出线，磁芯接地

5）绝缘胶带:3M900 或同等材质；
, S, e  Z! L# }7 j1 m2 S( ]
6）初级绕组感量 Lp：1.8mH±5%（测试条件：0.3V，10kHz）；
  f  N" U; b/ S) z$ J. g
+ I1 Y  e: q  T7 [* S. H7）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）)；

3 ~; D; }0 T+ d: q+ ?' B& T8）耐压测试= 3.3KV 5mA 1Min；

# J; M9 e! s( @* m1 D, O/ S. k5 b" E9）成品要求:浸凡立水；
2 o  V- L) X: y2 ]9 ^
3.2.3、变压器参数:
+ u9 t5 ^0 Q7 Q, o) a; Q: C  a, M" l
$ D8 n8 E0 x0 x- a8 Y4 O) W

  q$ x8 L$ ]- `) P, N# ]; _. r3.2.4、变压器结构图：
4 ~# _% ]# [* V$ d7 h; R/ `, g

4、性能测评：
, P: r2 H$ }# v2 v
7 D2 V: G- W6 G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。
3 |; c( K- g8 e8 N- o- v
4.1、输入特性：
( e! @0 Q/ V  {+ a4 N
* C1 O8 V. q9 K+ t! Z# }4 S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。
) S+ A; a- X- z. C% e% J
, J' i6 x; O9 v+ j: R表 1 待机功耗

6 B9 C9 h8 G1 M

1 q. _  q& c  h0 Z表 2 输出 100%负载下的输入特性

; d; G- }# E& P5 B

表 3 效率测试（1.5M 22AWG Cable）
8 g3 W! T( A* B9 p0 l5 m

. P& B# i. p% n& m6 K; r# i# `表 4 效率测试（PCB END）

表 5 能效等级评估（1.5M 22AWG Cable）
# V8 h) m  b9 ^6 z
) p# f* ?2 S, h: V+ \) W! }

4.2、输出特性：

4.2.1、线性调整率和负载调整率: （ PCB END ）

. {5 c1 `6 P. U" l* e; {  T

4.2.2、输出电压纹波：

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。

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

R&N @ AC90V/60Hz,100% Load

R&N @ AC264V/60Hz,No Load

R&N @ AC264V/60Hz,100% Load

4.3、保护功能：

# p  U  T  j0 j( l( B以下涉及过流保护、短路保护的测试。
( }! i- g, U) H% ?$ R
' ^* z  x, t0 o& E& a1 ^4.3.1、过流保护：
. u2 A5 _' _" b+ K9 G) Y2 C& c- l

+ u" M+ D) e; ~, b& M9 D4 h4.3.2、短路保护：

功率计电流量程 2.5A，开启平均值模式测量。

/ o3 K! y# Z! H! r7 O% ?# L0 U

6 d9 h4 `. {0 ?5 Q3 D6 j
1 e7 c( ~; `8 u; [6 I4.4、系统温升测试
( {* I$ J- P; A0 b. M* q8 W
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。

测试样机及配套外壳

温升测试：(℃)

8 U( W2 g) F! N+ ?: i1 g

4.5、动态测试：
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)
; \* G, r. G5 |; |( O4 }  I6 O

$ @4 K" h* o0 G  f, B

AC90V 5ms

! K/ `7 y) ?2 I2 J+ M

AC90V 10ms

1 x; [4 v% [6 `1 K

AC264V 5ms

AC264V 10ms

4.6、系统延时时间测试：

5 I% P! g3 j; I$ b

TON_DELAY  @ AC90V，100% Load

TON_DELAY  @ AC240V，100% Load

THOLD_UP @ AC90V，100% Load

6 ^% {0 Z6 y2 |" w8 v

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

- P/ i8 V3 O) s: {$ I& B) h4.7、其它重要波形测试：

5 d3 Y/ W: U6 m- p2 kDRAIN（蓝色）端、CS（红色）端波形图：

AC90/60Hz，100% load

8 K+ y! I3 Y* Q7 ~9 e+ Z7 b3 |* v

AC115/60Hz，100% load

! b! M& }; V- S% ]% J5 h

AC230/50Hz，100% Load

AC264/50Hz，100% load

其他波形测试
& \: \5 G8 u1 d1 }# m, Z% A

AC264/50Hz，100% load 输出肖特基电压

AC264/50Hz，输出短路，VDS VCS 波形

5 Y6 r; [" D) x7 r- ?5、EMI 评估测试
, ]1 `6 A+ Z' n; s. w5 V3 J0 `, Z
测试条件：

输入：AC120V-60HZ/230V-50Hz；
. ^' u; e) ^+ w' Z1 O
1 I5 ?) F' v' p. K  l' ~& }  y输出负载用大功率电阻；

  g$ L) X7 D/ L6 X限值标准参考：EN55013、EN55022B。（辐射测试结果仅供参考）

% p. \3 F/ ?3 ^  J) \

AC120V/60Hz 传导 L 相

AC120V/60Hz 传导 N 相

AC230V/50Hz 传导 L 相

AC230V/50Hz 传导 N 相

AC115V/60Hz 辐射测试

1 U1 ]) X/ Z% S0 U$ C1 T

AC230V/50Hz 辐射测试