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。! b3 v& W( U0 n1 p" V& j; t- E# [
+ Q7 ^2 q7 n$ D01、样机介绍
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1 _! Y/ \- o6 a1 X3 C% t2 L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。+ x) Z b* ^0 P" H4 b
- Q/ J$ ^ m/ A9 _9 K4 S8 H2 z
CR5249_12V1.5A 工程样机示意图
6 d) _1 U! u `6 j5 T! [1 RCR5249
( _9 e7 {* q0 ]- N$ Q1 S
' ^/ K' w# D0 h, LCR5249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。* P4 n6 l/ i: G! D6 I( f
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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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6 f' n- N c% L$ `CR5249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。$ F) W7 M G4 b* Y
: L | P2 d. L% X% V芯片特性2 ^2 g% N V2 q* P" g$ Y! d* L
# X4 Q# I& [& V; y1 F: D) f● CR5249 是DIP8 封装的新型反激功率开关0 L5 r) q) @( o; s0 v
● 内置软启动，减小MOSFET 的应力，内置斜坡补偿电路；+ w! {# j" n B6 s
● 65kHz 开关频率，具有频率抖动功能，使其具有良好的EMI 特性；
" x5 j0 ~$ @3 ^. a● 264VAC 输入待机功耗:<75mW；* T' s- ~. S; p6 e
● 具有“软启动、OCP、SCP、OTP、OVP 自动恢复等保护功能；
1 G" Q! O) h6 Q● 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。
, l1 L7 @0 n% q4 L+ K. `/ [● 能效满足DOE Ⅵ 和CoC V5_T2 要求' i/ i& x7 @( ]" L0 K% v. s
2 g* L0 `" w- m0 A0 j基本应用) k$ E; N1 t9 i# r" j! A) s
5 }; R: k9 {& A, K● 电源适配器2 V: {/ ?8 f) o' x! Y
● 开放式电源5 Y. Y- E6 Z3 \
● 数码相机和摄像机电源7 \- g P: [; M# B
● 电脑和服务器辅助电源
& [" B6 _; p9 }( J1 I9 f+ Z D7 l● 机顶盒电源: a. z7 ^2 J: ?8 a e0 F* \" ^
● 掌上电脑电源
% U, H6 b( I/ l1 I/ K$ s$ O8 l \) ~0 _6 ~ T+ }
引脚分布
5 h# W/ [9 M! g' h' [! D7 ?$ ?5 M* o5 c! H( Y
' I% ~0 Q2 z4 p$ g- I2 U0 h2 T
引脚描述
1 j2 Z4 R6 k& X" e- A5 p& }. N2 G2 ~- |3 T6 L _3 \
0 O0 ~: `' r$ p! H% D
典型应用
4 `+ P. x/ m7 ?& c, t' W. D
: H+ y+ I. z3 I$ }& Y& i" v# Y2 i
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。
0 X$ L* T: ~7 T u* y: d' z
$ d; u7 i3 j, L. f1 J( m4 M5 N% v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。
- \: x/ n3 R; e+ A2 Y6 \9 v8 B% \/ z/ R+ w* O4 t
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。
1 x( s, B+ R, P/ U4 Y: a* X: L6 k, P8 M) G5 ?
02、样机特性8 v5 F+ a$ ?' P2 ~: f# R3 _. @. D
5 k$ t* A- c3 {# 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。
D9 D. h7 D8 [& b! c3 c
X- ]: h* P4 A3 ^9 P2.1、输入特性：
1 H W& ` K) w# u3 K! E( O
% {4 R9 G2 l' S
. y, R! |4 E4 ?, Y! \9 }2.2、输出特性(PCB END)：% Y8 r0 J2 \' ` x2 I% k1 _
5 B: A i. k7 S' Y* d; x5 p. w
2.3、整机参数：
$ c4 |* b' `4 f8 f. N# P
* X% |& M7 a0 P( w
2.4、保护功能测试：( l# _8 c) {! Z/ y' s, O$ m7 I
' N4 s, v7 D% a$ ?* E2 [' f
2.5、工作环境：
/ O" l, `6 t L3 v3 d/ h
% W; t* \) |7 w) g0 a# g$ v2.6 测试仪器：& T% m4 W6 k( {8 h# D) p! g, Y
03、样机结构信息
9 N0 l3 Z- i+ Z z' O( \5 q2 q# ?% X4 t9 s
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。
5 H2 [! g1 o1 x; f% C6 d' ?% V6 A1 {) P8 P3 S# x, I2 T7 u. s0 Q
3.1、电路原理图及BOM：% r5 }' T/ c" i! y& K Y
$ U" E1 ]# c n2 i8 w, Y
3.1.1 原理图：
3 u0 n: a4 Q8 g
, u7 R* `# V3 \; B! }% G2 M3.1.2、元器件清单：. A* j/ E$ u6 p7 Q5 v J
7 @$ i5 p9 ~9 z1 c9 h- s
b" ?. l- }& e0 X3.1.3、PCB 布局&布线：8 o' m; g0 u) {0 v% g: k
9 {. c' B( |- X. o4 q, c/ k
PCB 顶层布局 ' {# U S8 j7 z6 B; F- x- ]; k: ?$ H2 T
PCB 底层布局 S `, s! b6 H' Z& |
PCB 底层布线 2 a/ K9 r# s N% ?' X
3.2、变压器绕制工艺：
# T% J& |# W; N/ i0 c
2 r- u! [/ ^ u; {. ~3.2.1、电路示意图：
2 p9 {9 n! f0 W6 g% A& s6 |# s& J9 k9 c9 c/ l+ {4 [; }+ \
# z5 _3 n5 d h+ {3.2.2、规格参数：
' s* e9 T7 P z c- P; z, ]$ \. Q& A' ^% C
1）骨架：EE19W 磁芯加厚立式（5+5PIN）,Ae＝46mm²；6 z) Y+ k1 J; M" r
2）材质：TDK PC40 或同等材质；4 A; T. r7 o% @
3）N1、N2: 2UEW 漆包线；N3: 三层绝缘线；6 J' n: i/ K% i$ u9 N |) f) E0 }0 j
4）次级绕组从变压器顶端进出线，磁芯接地$ @' P% G W% X
5）绝缘胶带:3M900 或同等材质；/ V0 M# z0 p9 V5 h
6）初级绕组感量Lp：1.8mH±5%（测试条件：0.3V，10kHz）；( ~! j8 ~+ N" t& b6 M
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）)；
2 u3 S/ Z0 p6 C% D- R6 c8）耐压测试= 3.3KV 5mA 1Min；: q2 g4 Z3 }2 Y2 c+ K6 c2 o
9）成品要求:浸凡立水；: X( b4 y6 R% @& J. h& u7 z
# e- c1 _8 }1 o/ q: `
3.2.3、变压器参数:& q- q$ R+ c4 E; O9 }
3.2.4、变压器结构图：; n) x' i: ~0 o. ^
1 c j4 w5 j7 c$ j/ p$ r
3 ]. R L/ k: |" G @04、性能测评
( d& w0 B) Y+ q2 F$ P0 l. `$ Z8 f! V8 y8 @7 E& g% l- [/ U
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。
5 G- \- V$ Y) L; G
0 E) R+ L( q' O4.1、输入特性：; I" m( V0 s; n) g! ^9 t( j
# @; O% t9 ?: ^7 x0 c# t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。& M* P3 o& N% c5 {3 |: P
$ @- D- I9 s K# Z) e6 c* C' ~表1 待机功耗
4 E" v. C5 c: J+ o9 U5 K6 Y8 f- A/ T" N
- ^' T- f" U; F8 P5 G% E6 z表2 输出100%负载下的输入特性
u, s5 L2 ^$ x7 M5 u
$ l8 v1 V5 J4 l! |
) Q7 @9 j9 L+ m& ?) S表3 效率测试（1.5M 22AWG Cable） G+ L# \/ M- @, f' |/ ?3 }4 X8 K" A
+ V) F9 G4 F: B" d
4 @7 {% s& @1 p) ^6 w. B" K表4 效率测试（PCB END）3 d2 V$ |1 T/ ^: j" G% a
* O4 n8 q6 D( t& J
8 B) ^2 o0 n$ Q' R' f表5 能效等级评估（1.5M 22AWG Cable）# |+ x/ [+ F' N5 r' P: h+ w, u
% z$ Q) k4 V1 v) I2 t" J" N
& S. F6 _1 e1 r, f7 q# V3 P) }; b4.2、输出特性：3 _* a# l, [1 F+ \( L. q
* f' b3 p5 r5 |1 y
4.2.1 线性调整率和负载调整率: （ PCB END ）
$ t8 {+ e' p p, Y% h' q6 }1 T; p7 ?( z0 l1 t7 X
( G) u2 w, |* d. _# V
% p# a7 A. q7 G( _ @4.2.2、输出电压纹波：9 |, @0 h% s q1 g/ J
" j3 |4 A! `* c! ^ O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。. g* f5 }/ g5 Y; e% v; J
0 m+ P- y% O i% t3 N% c! D: t
( d) ?4 A6 U) \% w$ m K
R&N @ AC90V/60Hz,No Load * A4 q `+ _2 P* T& P
R&N @ AC90V/60Hz,100% Load 7 ~3 ]. Y6 [# T. o
R&N @ AC264V/60Hz,No Load ) z' ?" t1 L% j
R&N @ AC264V/60Hz,100% Load
- V. K& M2 k/ M( F( W4.3、保护功能：& |! ^0 v: N! H1 b5 r8 i& J0 R
% D; e9 f' N( W C; q+ D) I以下涉及过流保护、短路保护的测试。
, B7 d) t# |2 e5 B7 l. h' Y( s
$ g3 O5 Z, S7 f G O4 Y' H4.3.1、过流保护：
0 z0 P I8 L# T8 h1 \ Q/ G0 x' |# _- Q* g' c8 s$ o0 A
4.3.2、短路保护：# \% N8 L/ J% [' s( x5 K: e r# a
+ W$ ]* w6 q3 G9 j/ v, O" S功率计电流量程2.5A,开启平均值模式测量。
+ _) C9 ?! e6 a" N) W2 P
1 L7 F2 ~# |" k q7 M6 P# I4.4、系统温升测试; r# U- e8 ]; ?5 [4 A$ u: w: T
4 I0 w; f: e( r% X& d% n
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。
$ ^* a" L: [4 Q P; z! ~; p2 b( J/ q4 w, ]- B0 g8 V
测试样机及配套外壳 2 B8 ?& A& G8 m. s
! i2 v' t( [. f3 @: Y
# I" n- Y8 W* p3 j
4.5、动态测试：
! ^% F+ {+ @5 v5 ^, U
) D& c4 J2 d. A6 g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)
' K: y9 b" z5 D# h; L
. P5 l8 i2 O8 u: i) s$ P3 O
AC90V 5ms
( ^4 T- U" f2 O
AC90V 10ms
0 v7 R5 i& A+ c
AC264V 5ms
- Y4 j/ ~! ]$ Y! V7 `% A" X
AC264V 10ms $ ]. n% B( x, z7 [' J9 M( G7 y4 ?/ t
4.6、系统延时时间测试：
( v# ?3 [7 K1 s8 H! G4 x# c; O
# @8 I. S) |1 K" O
TON_DELAY @ AC100V，100% Load
. N* P; s8 k- h$ a) w y4 f$ |+ L4 r
TON_DELAY @ AC240V，100% Load
/ \* r8 {' H8 c
THOLD_UP @ AC100V，100% Load + s6 C+ B: _ T- G0 U0 |
THOLD_UP @ AC240V，100% Load
2 Z" H* y \% g& D4.7、其它重要波形测试： y% H- G! p' K' ]
/ n- b2 L5 t& ], q7 \DRAIN（蓝色）端、CS（红色）端波形图：
- P" X" ?- m) \8 b9 r! K5 ^' I8 y$ F5 w
AC90/60Hz，100% load 5 o: N& j3 c9 h& h5 n
AC115/60Hz，100% load $ {% T* M) g; a4 G
AC230/50Hz，100% Load 3 t) D0 V3 s2 h, ^0 A/ H
AC264/50Hz，100% load ) E3 [: {" N$ L d9 g& N
其他波形测试) @7 q; A( L/ ^, Y( i6 [4 a# @
1 a: w/ U# ]' b* d- ]
AC264/50Hz，100% load 输出肖特基电压
3 ?, t) }5 j4 J
AC264/50Hz，输出短路，VDS VCS 波形
; Y; C% |5 T1 W" n, B( L5 }05、EMI 评估测试测试条件：
# K7 R2 T# G. ]: H& i, i' K h( A' ^0 A/ E. {) R! ]( y
输入：AC115V-60HZ/230V-50Hz；
) T3 V7 Z: i( a4 I0 g7 A5 W4 C% A' T* l输出负载50W 8Ω大功率电阻；; E) d# _ h+ F4 {" V& V
限值标准参考：EN55013、EN55022B。（辐射测试结果仅供参考）
- M4 u. Y1 f$ f1 S
% B( Q! K$ Z7 n9 P1 n0 w: l
AC115V/60Hz 传导L 相
+ \2 t: o0 e- M- G* U
AC115V/60Hz 传导N 相 - j' T1 Q. L5 \7 O2 ~
AC230V/50Hz 传导L 相 + \' e; {' y& [6 f
AC230V/50Hz 传导N 相 ( V4 [, D' n6 \- ~8 C
AC115V/60Hz 辐射测试
- m- {/ j( ?/ `0 }7 ?
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