本帖最后由 思睿达小妹妹 于 2022-5-13 10:06 编辑
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$ e9 q7 R6 i2 @: M( T% L- }本文，我们将介绍的是CR5249_18W 电源适配器解决方案。* u/ O/ E+ Z$ @& h
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01、样机介绍
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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CR5249。# y( D( H4 r+ w1 _% k: o
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CR5249_12V1.5A 工程样机示意图
( `- t4 d" C3 M P! g0 P: Z( rCR5249
/ @' ?0 K! l7 J9 T$ f- S' Q6 \' r9 T5 n. e
CR5249是一款高性能的电流控制型PWM开关，全电压范围内待机功耗小于75mW，满足能效六标准。为了减少待机功耗和提升效率，CR5249集成了多种工作模式。随着负载的变化，CR5249可以工作在三种不同的模式，并且每种模式都做了优化。当负载很重时，系统工作在传统的PWM（脉冲宽度调制）模式。当负载变轻时，系统进入PFM（脉冲频率调制）模式。在PFM模式下，随着负载的逐渐变轻，开关频率也逐渐的减小。CR5249中独有的频率变换模块可以使开关频率平滑降低而不产生噪声。由于频率的降低，开关损耗也被有效的减小了。当负载继续降低而低于某一设定值时，系统进入PSM（跳频调制）模式。在PSM模式下，一些开关周期被跳过，这些周期内开关管完全关断，因此这种模式可进一步降低待机功耗。在上述的三种工作模式下，都集成了频率抖动功能，来提升系统的EMI特性。! h8 ?3 N0 a: @2 i0 s6 k; ^+ ^
! @8 v% e2 }) p( S+ R
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。
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3 ^# z8 [4 }& {4 rCR5249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。
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芯片特性 R& Y+ [) A$ @: {
2 y0 D! n) J& ~● CR5249 是DIP8 封装的新型反激功率开关
9 B: o9 N# {) {" L! B● 内置软启动，减小MOSFET 的应力，内置斜坡补偿电路；" Y8 Q" i6 i! o" ?* h
● 65kHz 开关频率，具有频率抖动功能，使其具有良好的EMI 特性；( y+ `9 i& w+ Z, \3 v' `
● 264VAC 输入待机功耗:<75mW；
+ H' t O& T/ f* O0 F2 m● 具有“软启动、OCP、SCP、OTP、OVP 自动恢复等保护功能；7 i" N/ q9 n! Z8 K/ B) G
● 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 r4 L& K' Z" S4 H, y: e● 能效满足DOE Ⅵ 和CoC V5_T2 要求
0 }1 w" b; n: q+ T
. B5 D" d! d F/ j: B" Y基本应用
& I. C1 W# y, o4 e4 t! Y! d8 V% s: q" M" V. B7 @8 X1 q
● 电源适配器0 h! n6 T M/ a6 I% D6 U
● 开放式电源
9 p" \" p9 Z- N! b0 i1 F● 数码相机和摄像机电源
0 m7 H9 _% [3 h$ J; ^6 X● 电脑和服务器辅助电源
) w1 y- D7 W `% ?* A8 a● 机顶盒电源% c2 f8 J8 o) ~. m. M
● 掌上电脑电源
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引脚分布$ r8 R& K% _, m7 c
/ ^, t. `7 j0 j* z# o3 ]0 }( k# j; h8 ~* S( B) u0 {7 V4 r
引脚描述
1 k* P8 U" Y; B/ L, I+ w; Z! v @' c: _6 H9 V( i* N6 E) H5 J
+ S, ^" q5 Q- O
典型应用
8 d! S5 i) N/ E1 K' j9 o6 f' I
4 P+ ?# v4 X0 i0 q8 Q$ ]$ y: S6 X4 S
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72mW；全电压输入时平均效率>86.43%；输出接22AWG1.5米线能够满足最严格的“COC_V5_T2” 能效标准。
8 u+ f# y2 X7 x; G* z+ F4 |4 P7 x$ J0 ~: C @4 E
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。
, N3 L. q8 R& x' c" O% B
, a: l* x F+ w2 z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。
, H3 M5 P, ^, N- ^* }
; Q+ i+ U, k0 Q, S" V! X8 \, u2 N02、样机特性
1 k0 }) V) z4 G0 A; v8 ~7 h. Q; G# n/ ?$ E2 p/ y
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。2 g! O1 A: p" g2 q. Y# {
/ y; O( O' t9 o
2.1、输入特性：
2 |) C, k+ p/ v$ y
( O1 \$ w5 B. y
4 i8 v- e# E+ O4 X u& J
2.2、输出特性(PCB END)：! [# a: Q' S" h' L- J3 ?
3 G+ w# ?1 h$ A' M2.3、整机参数：
1 M& S3 I# {6 y
* p0 ] V: @. ]$ }2.4、保护功能测试：* q( O" Y) m; X* ^& O. o# t
: ?5 j3 ~. u1 e4 R2.5、工作环境：) a; h4 S' u, z, s8 {0 J
# ^2 l2 n* j+ S) _8 h: w7 Y
2.6 测试仪器：7 ]" q: j& U0 f
03、样机结构信息; }! X5 k$ f4 a6 O& d0 s1 C
: A) @9 p4 B a, c2 L: t' c0 `+ U% I
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。) D' j0 p7 R) ]; s/ E2 {
f, n/ Z" H% {" e- P$ H9 }3.1、电路原理图及BOM：: O/ ^; \& H2 W" ^4 I8 O: }
5 o) D& o2 Z `- _! q! L3.1.1 原理图：+ p$ y K/ L3 p: S
: h( m6 D4 Z4 y5 W! I& ~: i3.1.2、元器件清单：
% o6 J6 c0 i; F+ o$ Y3 e" m, w3 f# k( A9 P2 H
& m" ?0 Y& B! \! i7 I6 ~8 C
3.1.3、PCB 布局&布线：. y" Q/ h# E* _% @
+ r& d$ t' ~3 ~
PCB 顶层布局
8 C9 y2 z; H( [6 E1 [! h8 c
PCB 底层布局 9 M, U9 z1 @ N. k, J
PCB 底层布线
* A9 ]6 a5 R% M0 V3 a3 v3.2、变压器绕制工艺：
, ]2 `6 L& P! S$ f1 g4 k4 G+ K2 ^( F
3.2.1、电路示意图：! z& s) G! H" K3 B: t% D' z
3 A6 h8 ^$ q* \$ X+ {# S/ E* }) e
* W, M; E( J0 @. i% ^& A3.2.2、规格参数：
; Z+ D `' w- ?0 n) A) q- k' ?
9 V4 s" k4 T! O! |0 v. b) {& Y8 ~1）骨架：EE19W 磁芯加厚立式（5+5PIN）,Ae＝46mm²；
; V4 u% f$ K0 @! f; D) ~. z2）材质：TDK PC40 或同等材质；
3 T# U# j. K l3 q4 P# ]3）N1、N2: 2UEW 漆包线；N3: 三层绝缘线；
* f& s" j T# ?( m4）次级绕组从变压器顶端进出线，磁芯接地$ @) A. J6 y# P. V" Z
5）绝缘胶带:3M900 或同等材质；
+ L2 F) L2 j% @' P6 W, y6）初级绕组感量Lp：1.8mH±5%（测试条件：0.3V，10kHz）；
G* s( K. ]; ?$ Z: X9 v' v7）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）)；6 o$ l7 G3 T- Z5 G
8）耐压测试= 3.3KV 5mA 1Min；- K [+ Z, v; c
9）成品要求:浸凡立水；+ l/ o( f% l; @ h
7 x* W/ h, ]: f" Z7 V3.2.3、变压器参数:
" o* \. b f* F1 j; i3 W3.2.4、变压器结构图：) c* V( P/ a* w7 l1 L1 R
8 P' p* d6 j* N* e; p
, ~: u! e% r4 \9 Z6 V! g04、性能测评: A, q# a( X# w* h7 M; J8 ~
# u+ a7 T5 E I7 A( L2 |& L; F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。$ _ G& z4 t* T) g, o9 Z$ |& E
5 d2 Z% c4 O! F) N! p9 H$ ~
4.1、输入特性：3 P; a$ p5 z% z. q8 r4 |
9 C+ X7 J8 d' ]: D3 o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。( \: z# y! E" }0 o5 O
. \! y, N! P% L; e表1 待机功耗
$ P/ H+ R* c; P2 t; P6 J8 g+ K" M; f9 E; n2 |
+ b' c; r7 n I1 V( z m+ r
表2 输出100%负载下的输入特性
: W! M" t" X% |) ^6 ]& e$ _6 ?+ M- V# _) D, K
9 `7 I1 \1 G3 G' T2 w/ E& Y/ `表3 效率测试（1.5M 22AWG Cable）" p ?" v; j! {8 w8 H( i6 E, T
8 X1 G( r. _8 ~$ t+ B5 v* B4 L1 N) A% S
: k/ e; U: f0 a- C% Q表4 效率测试（PCB END）) V1 b$ Q5 K5 K8 A
# r- N+ ~ t R6 a6 j! x& G2 q8 R8 L; V
表5 能效等级评估（1.5M 22AWG Cable）
5 h: g$ t% {. L0 v2 z4 k: d: x% N6 h( R5 X7 o" Y
1 i7 b- z) D" m+ h6 A4.2、输出特性：
) h5 @% c% D7 j$ Q# G' Y; a/ S$ ~& V& X1 u& N& h
4.2.1 线性调整率和负载调整率: （ PCB END ）+ ?6 v7 V+ i, r
+ z& |# y7 ?6 r7 n
7 A* l6 n$ p7 y3 P/ M& m
" X4 A- w' r! {% F* Y4.2.2、输出电压纹波：7 T5 F: c6 T' N5 Z A* w
* E `7 ]" @1 A7 e- Y
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。+ @2 { d3 G; }7 L( x: S. n7 U: J
" _/ K& K9 R5 Q, F; i
& k4 e4 n* \% r$ }6 ~
R&N @ AC90V/60Hz,No Load 3 K1 g' F) C2 M5 r' n; N
R&N @ AC90V/60Hz,100% Load
( V: z. U- G1 {
R&N @ AC264V/60Hz,No Load
. O5 m, M" L# P; x& w$ ~& U' A" u
R&N @ AC264V/60Hz,100% Load
9 o" V$ i/ P9 O& t, |! i7 j4.3、保护功能： f$ E1 v! u0 B/ Z5 H4 c
, g1 o7 w. e! K
以下涉及过流保护、短路保护的测试。 N8 Q# ]+ I6 f- p! V* S' n
" E6 }5 A$ v. {2 u4 T5 p4.3.1、过流保护：
" w1 k8 r0 @) V2 q4 H
5 g# C: i2 L- q1 q( }$ t/ R' s4.3.2、短路保护：- |# N3 e4 N7 n
6 z4 P7 \2 S) @7 Q v7 t" m1 u: q
功率计电流量程2.5A,开启平均值模式测量。
1 o% p4 ~. N6 I8 t% u# G( o; c/ ~0 T/ K" L
4.4、系统温升测试
`$ _0 m; b7 v, y/ O% l# Q! S/ x9 F2 Z9 [
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。
6 G' D1 G' C$ g" g
& p$ L2 l7 j* m
测试样机及配套外壳 3 Q, [+ [. M) n+ R9 h
/ w* U4 X t9 H1 B2 O
+ [. j" ~* n3 M5 X' {' V6 s
4.5、动态测试：" F( B. J9 ^- u$ c% N. |* T; N& ]
" K$ E/ Q" t, e
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)! \0 t3 ]; y5 r1 k5 C( g3 o
( n/ t7 z$ F0 A2 x
AC90V 5ms / q8 Y- _+ u$ J* R3 T% _( q' t8 P
AC90V 10ms & Q! h; u1 o2 ]
AC264V 5ms , \$ d) [( e) h% x( I% l( U" r) |
AC264V 10ms
6 w z1 W6 X- ~4 a! F7 E3 K; P, p4.6、系统延时时间测试：
" W' Q a) p; g" j1 f. M! O2 m6 \( a7 L
TON_DELAY @ AC100V，100% Load 7 S- V4 P% f- z% c% J! A
TON_DELAY @ AC240V，100% Load
- ]' i8 C5 n1 o6 U3 v. c: ^
THOLD_UP @ AC100V，100% Load 2 X* @, f9 @* l; e, [# e y8 J
THOLD_UP @ AC240V，100% Load
& O. a9 P0 e3 J, R% d: M4.7、其它重要波形测试：
: M) r. c+ x: `$ w" P. _5 p1 {/ y4 }) n" {6 C5 K" |1 V; w/ I0 P- O9 u
DRAIN（蓝色）端、CS（红色）端波形图：
! d" a4 Y: ~, @. r0 @( t" A6 [5 G$ d% f
AC90/60Hz，100% load
( _7 B m V% Q6 |1 b: L
AC115/60Hz，100% load 2 M" R' C2 x5 C; N" F
AC230/50Hz，100% Load 7 }! t' B& f# |% V
AC264/50Hz，100% load
0 i: A! J3 f B# d其他波形测试4 J) M! @; C" |: m; a" Z
% T. _ L2 H7 l7 |
AC264/50Hz，100% load 输出肖特基电压 # Q) T' w) U3 e4 K) i( g
AC264/50Hz，输出短路，VDS VCS 波形
' A% {- o9 `* C5 u05、EMI 评估测试测试条件：
# y) W- n/ I& m% l, L1 h$ c5 C! x
- y9 X2 N$ p/ C, i* ~- k( @输入：AC115V-60HZ/230V-50Hz；: z6 e( T$ f; ~+ ]
输出负载50W 8Ω大功率电阻；) X8 q0 A4 B% ]# h% v/ j* T' K6 s
限值标准参考：EN55013、EN55022B。（辐射测试结果仅供参考）
/ X# S' u8 x) o w
* \9 Z1 b5 Q) J1 e! d4 `
AC115V/60Hz 传导L 相 4 g0 Z* ~8 c9 s6 d8 v& G
AC115V/60Hz 传导N 相 9 X2 z5 ~1 K/ V" u
AC230V/50Hz 传导L 相
% t& w# @" c; U6 M
AC230V/50Hz 传导N 相
5 ^% d% {5 E! V; Z
AC115V/60Hz 辐射测试
. p8 J, H- S+ [6 A; K! s; S
AC230V/50Hz 辐射测试 |
IP卡
狗仔卡
发表于 2022-5-13 09:46:35
提升卡
置顶卡
沉默卡
喧嚣卡
变色卡
显身卡