本帖最后由 思睿达小妹妹 于 2022-5-13 10:06 编辑
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% [* G# W3 b- G6 q! f( G; ~" G本文，我们将介绍的是CR5249_18W 电源适配器解决方案。+ B& G6 @- ?: A) r& d% J
; C A, } Z+ Y3 |6 y* Q
01、样机介绍4 N+ O% @' t. q, L2 i3 q
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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。0 B' G7 R5 k. o7 w8 j0 P
1 v8 Y* C4 D4 C' V+ U3 a6 a
CR5249_12V1.5A 工程样机示意图 8 `1 h3 y0 l7 I% p
CR5249
& q0 Z% W+ o/ [* G5 X" l2 k2 ?7 d- F5 ^ R7 S( n8 K& V& G' N
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。
6 H% W+ L+ b6 J$ q7 f8 ~/ t5 L- `7 D8 Q4 `* V1 P
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。9 |4 b# Q, s$ _+ |1 |- l( k1 T
! h% X+ K7 @9 S, }5 jCR5249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。- r$ F6 r$ q2 X5 J
/ x+ B* u- K! x, Q6 c芯片特性) |* e3 K2 m+ i, [
' h1 u# @& x( h6 n
● CR5249 是DIP8 封装的新型反激功率开关
6 A- q7 F. D* k/ x5 T● 内置软启动，减小MOSFET 的应力，内置斜坡补偿电路；% [9 E& d- W3 `# K& _" ]
● 65kHz 开关频率，具有频率抖动功能，使其具有良好的EMI 特性；
( U+ K v' E& D! i$ A( A9 H● 264VAC 输入待机功耗:<75mW；
5 Z* z- N: R+ q, m: c! {8 j2 a( d● 具有“软启动、OCP、SCP、OTP、OVP 自动恢复等保护功能；& n( L* ~7 ~. G1 H
● 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。9 V1 w0 M0 Q4 H8 f, ]$ t4 ~
● 能效满足DOE Ⅵ 和CoC V5_T2 要求
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' c" o2 Z# y$ Z K基本应用
" J0 ~ N# _, K3 P0 s- e6 i0 B5 S9 {8 ^# Z
● 电源适配器+ @2 ?/ e4 m- \& k4 Y3 I* v
● 开放式电源
1 |, {! N% x" a' }. c% x8 O● 数码相机和摄像机电源
; g) G+ z; ]/ m; S9 ]3 z● 电脑和服务器辅助电源
& x- x$ ^7 P& p' U" l● 机顶盒电源
/ W% h' G8 w* M+ N) z- i● 掌上电脑电源! K5 [! m( K% g$ ?9 y
1 P6 ~0 h/ i- a* O# B引脚分布
) S2 X, S+ G/ d: D5 T, }; v- [5 d; l9 s% i, v6 p: {
2 C; d1 I9 K- A, y9 H' O; g3 d引脚描述4 H* U( `$ J- n7 v5 F
4 j" W0 w& o4 N
: t+ _. J) s/ O; m典型应用 Z* Y [/ `) H
! Z) A7 o/ \* g& Y
8 \8 ~& l9 U1 v! f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。
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0 g' u+ {$ f) W0 B: z; {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。3 h- ?- z% ^1 I2 @+ ~
0 S+ t. K% z; }' G1 Q
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。
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$ }% G9 F% G0 u02、样机特性
/ b7 D) X+ n1 o. p( S
* x5 E7 m0 w r9 _5 a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。9 N8 z7 A2 Z' g' N5 Q; S& f
8 U1 b7 p% |" ?* q/ {4 \1 Q! L' P2.1、输入特性：
* D+ z9 X5 n4 o4 J
% b0 [! O2 B O# e0 ^' g$ {3 w* G2 z
Y( G3 g$ b$ p/ ~. C+ s; A/ M% F2.2、输出特性(PCB END)：
) Z$ b" ~' ]- ^" j
4 v2 n# X5 n& G2.3、整机参数：
$ ^6 K/ O3 a, K% b; p
6 e" p, @% K! F' r: p9 {# Q5 O
2.4、保护功能测试：
, r4 m& O/ }$ e( j1 l( b4 I2 e
) K, j! q: F, X
2.5、工作环境：! r4 U% y% }( K- V2 A7 M
, r/ E9 {% A* s' n
2.6 测试仪器：
: r1 X- C2 n8 ]0 G, c( G1 a2 V ] Y03、样机结构信息
$ }& J+ E7 l4 E9 k
; X- L$ k; P$ Z; C+ I3 n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。! L# n2 i2 n0 ]/ X! F: [
( ^$ I% H4 h. g" h0 D. c/ l
3.1、电路原理图及BOM： p" I0 L; W/ n8 P W
$ i8 m% C2 Y9 |0 J4 L3.1.1 原理图：
9 m+ n6 Z, ~. M `1 _7 B
( k' D, {- d0 W3 O9 n( n3.1.2、元器件清单：
+ k& C! e2 a) O- |3 T9 s8 x; G% O2 `% h2 n$ i( t% l
2 ^/ ?$ J$ a0 I0 n3.1.3、PCB 布局&布线：
5 f& [2 X4 Z/ @, x- U
8 J/ W/ I6 @ Y# J3 B2 Y
PCB 顶层布局
& d+ t. t% s; o/ O
PCB 底层布局 8 o2 _4 [* G6 g, A* d- H
PCB 底层布线
0 w4 B) @- {6 {( W; Y3.2、变压器绕制工艺：
" s& V: H' A7 N4 @+ K4 f" i C; F) f5 S7 j& c7 J9 [
3.2.1、电路示意图：5 n0 c h: S, b& L8 N V
$ d; R+ J$ e$ o1 j8 V. K0 H, q
, U( u7 S& s. g' d; p$ y3.2.2、规格参数：
. K1 M1 }. V# H8 Y! @$ V; G+ q
7 C9 r# V7 g9 w! T4 k1）骨架：EE19W 磁芯加厚立式（5+5PIN）,Ae＝46mm²；
- g6 V; S: g4 E8 K% Q8 u# I2）材质：TDK PC40 或同等材质；
3 x7 p, G7 G+ X. X0 [$ Q3）N1、N2: 2UEW 漆包线；N3: 三层绝缘线；) ~/ U7 a/ \' o
4）次级绕组从变压器顶端进出线，磁芯接地- \8 t- T8 U9 O# T8 q$ d
5）绝缘胶带:3M900 或同等材质；: g% p% V' q+ p3 U& Q8 A' K
6）初级绕组感量Lp：1.8mH±5%（测试条件：0.3V，10kHz）； j4 y: G5 [5 N) R4 r; }8 `
7）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）)；$ \4 H! } N2 A3 b c1 r' q( R2 S
8）耐压测试= 3.3KV 5mA 1Min；
G3 a* f0 T1 f1 i/ g9）成品要求:浸凡立水；
7 o! p2 p; o) y6 L
1 ~- C8 n) F/ a3.2.3、变压器参数:& _, ]' N8 U: o k$ h+ ], I
3.2.4、变压器结构图：" g" v7 I& I6 t7 g. {& e9 l
" i1 K O: a$ Y: E; n% T5 Q) a' u' Y m' M( C
04、性能测评3 x( E* D1 E# f' b8 a" ^" @
: E8 i) D' X, n! }3 H- ]$ C4 x& S3 H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 @( f4 M$ J' E! y+ L2 V& l3 d# \* W/ F( N' x
4.1、输入特性：
( {7 Z* u# E! _$ _: |& ~4 r, M" g
/ S/ i: K' O7 _; ^4 [7 p* H+ B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。6 a; j; R& {( s! i( W
' h( W2 t: |# N3 @& Z
表1 待机功耗& U+ g% K: e7 Z0 _6 H' b; n5 b5 \
$ L; u' D( }( G+ Y% m3 `: P( m. P. u1 X- a! w6 _
表2 输出100%负载下的输入特性
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# g* Y, h+ ^$ m* @2 s! V+ m& ^ \/ _. h3 r
表3 效率测试（1.5M 22AWG Cable）
# y& D+ A6 ^$ R' z3 ?2 X5 {% \" y/ z8 t- O/ G4 c6 R9 W
; R R6 u/ [* e2 ]$ ^, G
表4 效率测试（PCB END）
/ S/ c- o: }8 G" ]1 X+ l5 }. G7 o. g6 g3 P# \( ~9 d" R' i
! r, ~ y6 S+ l% z! p/ T+ T表5 能效等级评估（1.5M 22AWG Cable）
$ |, p5 Z$ ]2 G! P% [ m( S8 U1 e/ \3 [
0 r$ i& i4 v5 M9 z
4.2、输出特性：# W! L& a/ d$ a6 f: R$ i
5 r3 {( c& g: G: s4.2.1 线性调整率和负载调整率: （ PCB END ）
& M0 S. |$ S' r1 K1 i
; D- G' d+ k: l% {: E# q |! Q, C0 e2 Q, D
. R9 `* m5 M. g& k4.2.2、输出电压纹波：
6 L6 T9 G% l) D; v$ l2 I7 X8 r
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。( ^$ s' P) W, K% P7 r: W8 S
, [+ ?* ^. S; o0 F, k0 R0 X: m7 |
# Y' R9 n& ~- M- o- u, U
R&N @ AC90V/60Hz,No Load + y( n3 b1 H! f/ @" F5 C
R&N @ AC90V/60Hz,100% Load
8 p( ~5 D8 U, w7 l
R&N @ AC264V/60Hz,No Load
3 b6 W: g! p+ ]5 k* a5 o
R&N @ AC264V/60Hz,100% Load
; e. O; W5 s# ]6 P9 m( T4.3、保护功能：0 Q) |; M1 V& P
% F% F+ D1 Y4 T: B% `" y0 m% ^' o0 Z2 v
以下涉及过流保护、短路保护的测试。
1 X% h% t( ?; m4 V/ X$ y2 F9 y2 P! ?' \2 T1 G1 h! B S
4.3.1、过流保护：! w0 o- c& P' W' y. ?( y- J5 s
7 U: i: K3 W4 |4.3.2、短路保护：
% C' S1 p0 u* j4 ^( v( S: I1 |! B# f v* k+ a7 f7 L5 }
功率计电流量程2.5A,开启平均值模式测量。
, s S0 N% m1 s8 J" j
! W. a- ]- `- K- x4 Y# P! i4.4、系统温升测试
) P7 y) {- s8 |' M2 B! x/ A
+ A+ i5 S' e p. W4 D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。9 M W! @! L1 N% p0 N+ O
* ]" h" V% V+ ~: \2 v$ p2 L
测试样机及配套外壳 , i7 u, T" d) b% \
8 F, H6 B+ h+ V u8 { t, G& R
) \" V! \& {9 w+ y/ B( l4 j4.5、动态测试：; J0 A2 M! g4 P, K y& U# |' G, x
! y' ~) Y; I) [, I; C1 b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)% I. P( o9 @2 r+ \2 N
* y6 ?7 f& n' G$ s1 E+ G
AC90V 5ms
: O$ ]6 K( V% t9 K% W9 ?
AC90V 10ms ( T3 z1 V6 R1 s
AC264V 5ms % g: U" J6 A, j, U+ q5 L! A
AC264V 10ms
) z; I( O: `4 K; L0 M: X4.6、系统延时时间测试：
* f1 Y- [# C# D+ _- g' |4 I3 V: l5 U; F, Q0 B& M
TON_DELAY @ AC100V，100% Load 7 @5 T/ M5 @; Q6 b
TON_DELAY @ AC240V，100% Load % C* o* \$ d1 D
THOLD_UP @ AC100V，100% Load
( m; w1 }5 h' H* ^" D: q( |
THOLD_UP @ AC240V，100% Load , `! c3 H# e" y$ f, Y2 r
4.7、其它重要波形测试：
' @6 P% p* c( o }) N
, d: z( L0 G! @9 ~5 s8 jDRAIN（蓝色）端、CS（红色）端波形图：# b0 K9 n5 Q7 V# k }$ V
$ b. V. h/ j. N& y5 S& q
AC90/60Hz，100% load
- K! G1 \, m/ b2 @6 ]
AC115/60Hz，100% load
4 Z; [- o; G" L. g
AC230/50Hz，100% Load
: `+ L" g/ W7 b1 X7 Y8 @- Y! o9 r, x
AC264/50Hz，100% load
* h) z- w$ X9 I9 s9 y其他波形测试& |8 c+ i1 }$ u# X
+ i% p% f9 t0 C+ ^& w
AC264/50Hz，100% load 输出肖特基电压 2 g5 }' ^0 |3 X' q: L- }6 Q9 z# L% J
AC264/50Hz，输出短路，VDS VCS 波形 # b" _% I) x" A! I, Z+ I
05、EMI 评估测试测试条件：; g2 f2 u# f& t3 R7 g7 Y: t
7 H9 ~& [) R" [. V/ R' M输入：AC115V-60HZ/230V-50Hz；5 A( N1 Z7 P0 U% G* C* w( ~' Y
输出负载50W 8Ω大功率电阻；
# ?! |, M% t' A限值标准参考：EN55013、EN55022B。（辐射测试结果仅供参考）
4 E2 r1 K( O) C3 B" n; {5 U( I
AC115V/60Hz 传导L 相 * I/ j" q9 z- A: R' H, c+ t$ q
AC115V/60Hz 传导N 相 ! [5 a9 L+ ], h% {$ A2 O4 \% M
AC230V/50Hz 传导L 相 + V4 b$ F: x" M6 R* q6 d- e
AC230V/50Hz 传导N 相
/ Z7 }4 h5 b: _$ U" I$ c
AC115V/60Hz 辐射测试 6 Y+ I. o( e6 Z( M1 `: ]* ^
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