本帖最后由 思睿达小妹妹 于 2022-5-13 10:06 编辑
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本文，我们将介绍的是CR5249_18W 电源适配器解决方案。
6 v! n; M$ N) D
) Q, M( T. v3 `& f/ f- s01、样机介绍0 G0 }+ z# v+ k7 P% a
, @, r/ y. O# ?4 M: d2 a) Q' }4 o
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。
* D0 t+ T4 r T( |& v1 w3 W( ], T
6 W+ C+ l2 q. f+ e5 h
CR5249_12V1.5A 工程样机示意图
5 J& x8 \4 z$ S9 w) v RCR5249
0 `1 X& x4 x0 b
3 Z' `& L2 Z1 vCR5249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。9 I6 |3 q2 R: c6 n- b" w3 [
1 d) I6 K+ F7 q7 ?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。4 B5 E4 ], Q* m2 r
$ G7 x7 l, [7 G: Q5 i4 LCR5249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。
$ g3 F/ a: b& c( {; z) A2 U& j
# `3 J6 G3 Q0 m. {; Q芯片特性
0 q. v# L" p! w/ t7 d- i* E2 }/ b
● CR5249 是DIP8 封装的新型反激功率开关
# p! [) u( v( }: C' C! ?3 X● 内置软启动，减小MOSFET 的应力，内置斜坡补偿电路；
- ~. H7 R- G5 Z& ? k3 n9 t● 65kHz 开关频率，具有频率抖动功能，使其具有良好的EMI 特性；* m$ }; K9 ?' a# _; V- c
● 264VAC 输入待机功耗:<75mW；
3 A# ^) Y( U4 F! a4 s- ?● 具有“软启动、OCP、SCP、OTP、OVP 自动恢复等保护功能； M) y7 E, b' H b. P5 G: C' w& c
● 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。
) b+ {4 h9 \6 b$ z; B' I8 G9 c. x5 N● 能效满足DOE Ⅵ 和CoC V5_T2 要求& |3 R5 A W& n7 f+ y: C' [
% z, y+ C# d7 j+ S6 J- s
基本应用
% C; X1 i* `1 [) ]0 `: B- n5 B5 ^( B1 _7 i, ]0 _& @, w" I6 H$ x, d
● 电源适配器
! t. r: ?: i" M● 开放式电源
- L( }4 X j/ S8 j2 T9 C● 数码相机和摄像机电源
$ N, v0 x/ ^. k, {* h3 G● 电脑和服务器辅助电源
; U% P, s, P0 l; {* c9 l● 机顶盒电源
1 W# G0 a5 M @, W/ O7 m● 掌上电脑电源4 R5 U6 y& D# u. I* M1 m7 f2 z0 l0 ]% Q- v
2 Z$ Y8 P3 t0 w% y$ n7 ~引脚分布- l7 h6 G- f) o3 e, P3 V1 R
7 g# A$ ?# n; L$ Y9 w
1 D6 c! N. {; |
引脚描述
- A, Q# k5 r/ d# \# w
, A* ^8 c1 K% w+ g/ a& p" G2 T1 W% _8 a9 K
典型应用- O! Z$ W" p9 m2 S$ ~; s' Y
5 n, F2 m4 W+ O$ b
. _" Q, U1 y, Y4 Y
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。+ F1 `: H! v" e- H2 W5 w+ X, y
& f; j3 K D4 w- y8 q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。
. W1 |, _ |( k8 j: i( V) R4 U- x+ \, R2 O7 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。
( o! P- C; u+ ^" H# \$ |' H! x/ f" o5 u) o! A1 ]
02、样机特性6 L5 |4 g* P& ?
/ q; y! K9 X& z: B' Q5 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。& G) T7 h: |- _
0 C1 r* R% r# G% E5 O, F- s- o2.1、输入特性：/ u; b( d1 K1 Q/ k' }
0 n8 w% h/ g8 Y/ V4 L" }$ T4 Z7 q8 N- W7 }
2.2、输出特性(PCB END)：
1 `) I& ^% t4 T/ T6 s
2 |' ?) P( n N: R" y2.3、整机参数：
+ j& f; X6 h- a5 P1 n3 [9 G& D
& {+ b6 |9 f9 Z5 O" Z
2.4、保护功能测试：
( [& Q% t! i% z; i5 M
3 S% k6 v9 W- ?" R2.5、工作环境：7 Y2 a j8 s2 |+ I! z5 g
, n& y) E2 |2 d J
2.6 测试仪器：
; Y Q# c7 Z' V8 a+ K. |03、样机结构信息
7 w9 w- T. P: a; }
8 K1 Q/ q# E# ^3 L, @5 [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。: R" K) R8 Y9 Y+ a1 j
% i. A: ~1 |1 r) I2 ~) H# ~
3.1、电路原理图及BOM：2 l; q/ ]/ W3 z$ [0 P* T1 T$ x( N& c
" T2 ?- c: e; S3.1.1 原理图：7 @- V0 i5 ~% h2 N3 x. b/ C
, Q5 t( U- V8 ~1 b3 t/ l" B* H
3.1.2、元器件清单：7 a4 G- `7 y2 Q2 g' r' T
v& k0 ~' d- h3 r; F1 c
0 G6 Q5 n" M( F
3.1.3、PCB 布局&布线：
0 b0 B3 X: f" @2 G
6 ]9 h4 A/ D C6 S$ v2 \
PCB 顶层布局 3 j0 x8 o" x) j* r
PCB 底层布局
; S9 E7 Y6 [1 ^/ `: |PCB 底层布线 + G" }! [" ~# H$ o/ T' E. N6 R: Z: L
3.2、变压器绕制工艺：
. d$ M, P3 q' K" W
+ I; X3 q6 Q5 \6 T$ h* j3.2.1、电路示意图：
* V( I0 a: y: K4 J+ m8 [9 y6 Y" `
& h; Y* Q t# a' R8 ^- K, S
1 k# G6 {. q, L& z3.2.2、规格参数：( o5 z; ~8 }3 H9 Y$ |+ N8 K
) @: k6 a, U- _/ Z3 A! O* k
1）骨架：EE19W 磁芯加厚立式（5+5PIN）,Ae＝46mm²；8 c# ~9 I4 M( {1 G1 I4 X
2）材质：TDK PC40 或同等材质；
4 Q; p' n8 g) e! d3 G, g2 J8 _3）N1、N2: 2UEW 漆包线；N3: 三层绝缘线；
* H5 L& X8 U- e7 B4 x+ [4）次级绕组从变压器顶端进出线，磁芯接地
" X2 H7 I: Y- Z1 O- v5 c) F5）绝缘胶带:3M900 或同等材质；
l% m" f4 ] l( g/ k2 U( E8 G- F6）初级绕组感量Lp：1.8mH±5%（测试条件：0.3V，10kHz）；9 W) G8 f! n. \7 @8 W4 r1 d# I1 X! J
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）)；& Q2 [! K+ A' m' C
8）耐压测试= 3.3KV 5mA 1Min；' q2 F; h& m8 ^" T
9）成品要求:浸凡立水；
' x5 l3 M7 I$ N& d6 h' O
1 o( z Y6 [5 r% t$ T* T7 M9 j1 F/ ?3.2.3、变压器参数:& M1 q3 J* f) Q8 M7 L, n
3.2.4、变压器结构图： y! W7 M, |9 L, T9 s8 ?+ v; r! u
- k& B7 I/ k/ x- o/ e. N' m& T% l
& O6 ~+ o% Y; f+ m4 |/ K0 X04、性能测评7 {' l1 Z8 ]! m9 d
8 O, k$ R- e# G& N
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。. n6 Q% W! W) D+ n
2 p! l" \8 L! a+ y$ |" U" ]$ g4.1、输入特性：9 q& X! ]; O% E
, D. c$ M5 }. D8 P/ |# x4 ^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。- B' I! f2 r7 |7 O# b4 I
9 a" i6 z( c" }, M& G表1 待机功耗
1 M7 _1 @1 E6 Y/ t
# c( A/ Y f0 V
1 k! l+ o' W- a1 _) D表2 输出100%负载下的输入特性8 a n9 Q$ S( _9 V
5 t8 k9 v! M! l* \
}4 P9 m, O; S% O表3 效率测试（1.5M 22AWG Cable）: k5 V! {' k7 F! L' ~' h6 Z
+ q/ R+ q+ T* [. \6 b8 z
0 i/ E# e, ? X+ g# A5 I9 w0 }表4 效率测试（PCB END）
1 W% B- ]; c/ Y; A: q: k x" w# x' o9 ^- \. C( o& S; c' g
) V) H: u7 e- v2 I6 |表5 能效等级评估（1.5M 22AWG Cable）
& W! O8 }2 a T4 Y2 B# z1 }+ a6 W6 F/ I% p
7 G/ s6 j$ d2 r1 F6 n& \ w8 f
4.2、输出特性：6 L2 t" v2 e+ j! t' a& d! u
' N0 J9 K) v1 o ~ q' r% Z
4.2.1 线性调整率和负载调整率: （ PCB END ）/ H9 q1 C J- W0 v+ E) J- |/ a
$ H0 W; ~; g" s! ~& F2 B
/ @* V' I/ f5 o+ f- G$ Q1 d# S2 @7 h0 g% U; S+ ]
4.2.2、输出电压纹波：
: l% O7 u q, ?
5 j0 C' D5 w H; c1 t* v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。
- G1 C! u. m L3 k$ J* L3 P0 j& @# `* U" {% q' W" F
9 ~8 z$ N4 j$ j# @
R&N @ AC90V/60Hz,No Load
" Z! E( h7 l( b
R&N @ AC90V/60Hz,100% Load
% N, ]; g3 U. r$ l: y* P) ]
R&N @ AC264V/60Hz,No Load & u) S- U" m* f6 b! J9 N9 f) C
R&N @ AC264V/60Hz,100% Load ! f4 F( Q3 J: r. |( Z
4.3、保护功能：
8 m8 l w; w+ Y+ n9 z$ d% o9 D! ? U1 f I9 I0 q5 H8 B
以下涉及过流保护、短路保护的测试。; r4 Q: p. I# T' U3 T# W
) e5 k0 [ V: i: s4.3.1、过流保护：
- |$ ~9 e2 B8 ~. E: N I, g8 I5 D. V) e# x2 r, X& [
4.3.2、短路保护：
0 n; I' v, B' c; n. ?# `
) W" p2 b, n' u; N5 D4 K+ P$ t功率计电流量程2.5A,开启平均值模式测量。
1 z& q( e9 Q, n% A- {0 F" [. j ^5 `5 K2 ]! R
4.4、系统温升测试
' U- u. o2 k9 V6 ?% y, |, W
1 v: q P) N: [0 P F A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。; W4 w- B+ ?5 m4 {
' k/ V( k- v* Y) M$ y
测试样机及配套外壳 ' @* O5 ]! t5 H2 I4 V" A$ y! o- H
; z1 O( T2 H2 E, w: Z- Y- ^6 t" k8 r2 s" }5 Q/ Y* C
4.5、动态测试：% v8 b# ~9 ~7 @- q5 ^& ?+ v7 i7 _
- j2 ^1 C4 D9 V3 a/ k* X
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)
* r, E) D- `" j- X
0 M9 c3 I3 y+ K' M
AC90V 5ms # N+ Z9 v& ~+ b0 i( T. R/ S
AC90V 10ms ! [4 U+ S9 M: C/ x* M0 U: Y
AC264V 5ms
# K1 i: q6 C' ~' y% O) c
AC264V 10ms . a7 n9 J2 ~6 |" u
4.6、系统延时时间测试：
1 p% I( J% d$ r9 _! O
6 w+ i5 y7 r" b/ n* X
TON_DELAY @ AC100V，100% Load
" E$ Z2 j2 {) v+ r0 ]
TON_DELAY @ AC240V，100% Load
! n6 L! y5 x; S# M4 Y
THOLD_UP @ AC100V，100% Load
2 \- @7 n6 t# n' \4 ? j! x
THOLD_UP @ AC240V，100% Load
# s8 g& L! d. i7 O4.7、其它重要波形测试：
9 f8 P8 I. f" c# E6 S; g4 n9 r1 M7 ^. |& @" k7 b0 c$ R8 t: n
DRAIN（蓝色）端、CS（红色）端波形图：# o% C9 v/ ]/ L$ X1 t' {3 s
1 c0 `% Y z0 e0 \+ n8 u" F
AC90/60Hz，100% load
7 r% O% z! i# X1 C% b! C
AC115/60Hz，100% load 0 w7 y6 `, m7 f8 j4 ~
AC230/50Hz，100% Load % e! z5 y" R! h. c! f* D" U
AC264/50Hz，100% load
9 N4 {2 q/ Y) s& n2 ?8 K其他波形测试
$ x; }% P8 [) M" K0 C) j$ W) x5 ~4 q3 i6 [! g
AC264/50Hz，100% load 输出肖特基电压 9 y2 k+ Y" a( {
AC264/50Hz，输出短路，VDS VCS 波形
- V j9 Y7 q* l# F) o0 S05、EMI 评估测试测试条件：
$ `7 o: n+ I! B' I* J/ v" Y' \- }: J+ p3 G4 q
输入：AC115V-60HZ/230V-50Hz；
' [' f) G0 H) m输出负载50W 8Ω大功率电阻；& p% ~- x5 {; k
限值标准参考：EN55013、EN55022B。（辐射测试结果仅供参考）
/ V! }/ C$ Q5 g- Y2 Q
) U8 f' {7 d! D% E' q2 l% m" @* a
AC115V/60Hz 传导L 相
2 q4 l5 Q1 h2 g8 v
AC115V/60Hz 传导N 相
7 O! V' H2 z: `* F; R7 S4 [
AC230V/50Hz 传导L 相 * M2 |, _" C1 q1 s+ C
AC230V/50Hz 传导N 相
5 E/ Y- @2 G3 z& o( P5 d
AC115V/60Hz 辐射测试
+ N* t c% J" O. H" @" D
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