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。
% G/ p( a" K. T; C* g) g; k% R+ y6 y# A1 w; {$ r% i
01、样机介绍
& ^6 w9 N. K% c% L" q; k# l. U3 S: v/ I4 j+ z$ \8 U5 c
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。
, z# Z2 E$ @: k7 Z* q2 o& r7 ^1 m0 m" l# R( W4 }+ F
CR5249_12V1.5A 工程样机示意图
. K0 x, Z6 m, h3 \. fCR5249+ H' ^( R- i/ F
2 M$ G& }3 p/ [; ~
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。. `/ c5 t1 X0 @; o
( C! a4 i* S7 l( A% |/ d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。
* T- R( T- Q1 G& r
& a- L' |6 ^9 ~6 O# g$ N& {7 l9 u7 qCR5249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。9 x' r. J: U7 ?4 o' t' P; f6 j
9 P: q% L% e: O, `1 Q( b
芯片特性
$ R* f' b) V8 U) L7 r: d8 O- k# @0 y& U J
● CR5249 是DIP8 封装的新型反激功率开关
3 n W% l @" ~- n/ ]( N9 z) D● 内置软启动，减小MOSFET 的应力，内置斜坡补偿电路；
% m% a* c7 }+ b& m$ |● 65kHz 开关频率，具有频率抖动功能，使其具有良好的EMI 特性；
) Q8 b V. S. N/ V0 F) L9 ~● 264VAC 输入待机功耗:<75mW；9 n# T; F. j) f) N# o6 B3 s
● 具有“软启动、OCP、SCP、OTP、OVP 自动恢复等保护功能；3 J3 a1 C$ i+ t+ }: ]3 g1 o0 q) z
● 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。
) h7 `! V6 b. M# K6 ~0 l3 q● 能效满足DOE Ⅵ 和CoC V5_T2 要求
* u- z; E. y4 l: k8 i3 V. ~7 ^$ ^8 u' f
基本应用+ Q0 d% D* Z' s
8 b" |" s9 v2 }4 v● 电源适配器
+ \! U0 B X2 @● 开放式电源5 K) o5 }6 ?' h
● 数码相机和摄像机电源 V; e5 q, ]* p: X; a
● 电脑和服务器辅助电源
. P% M4 K6 O$ ?3 M● 机顶盒电源
2 {' U9 A ?4 I/ N3 U● 掌上电脑电源. f, e/ K9 d6 a" Q
+ z; {" h% o$ |! h$ d
引脚分布
- m1 O% v; k* S: `' x1 D1 t6 _6 b% U1 V& L- E! v
& |; X7 s" H5 ]1 ]* k+ X引脚描述
- [) o L( j% X' s# f; C
0 w. X- C0 V/ z: D, M( ?5 ?+ |& h! {9 g
典型应用0 `6 e- m9 K; L
6 K4 B# q. N* h
+ {' i' Y3 k; b" [' c& d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。
4 v: ^" g8 e+ }7 B3 a% G+ X- ]8 }% p3 [% R, v- 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。
* |( {: P$ n, W, T; w7 d. O" O9 {. g8 R
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。* U- I& Z0 k+ W. z# e, @( G5 c
. s' F, P9 z8 ]3 w6 f" L- e02、样机特性
# F( l( `+ ]3 j8 t9 U9 \) M. k' |" ~# V- J/ A$ l
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 u2 w) Q7 J3 u9 s5 {# t
6 j4 A& ?0 J1 d& \ @9 F e: W2.1、输入特性：# u {* k* b1 A0 I1 w
* f" g& |; T, J; A ?/ D) f0 ]
2 G6 j" t3 e( `, w1 p$ j& F% l; p
2.2、输出特性(PCB END)：
7 B) g3 z4 \6 A1 v6 m# J) K
5 w$ Z8 D `2 q) S. Q2.3、整机参数：
7 i* Y$ q7 `4 I! T; D3 p
$ p) I* |+ _) W' [7 g, g8 v- \
2.4、保护功能测试：
+ t! W4 G2 T! z
$ R) K6 ]5 `! Z) n& M2.5、工作环境：3 J% j- W( e% D) _9 }$ C
$ S+ Z& D' g) L: O1 o# h6 S6 L' V
2.6 测试仪器：
- a* R+ w/ F+ \& ?" j4 f8 |03、样机结构信息
) o3 P$ C% g7 e# J% [9 E8 U7 f6 E/ u; ?3 |
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。
; n! b5 t3 f: Y! n
: \+ O' H9 p+ B& a/ Q3.1、电路原理图及BOM：) C( _* P. Z; p: z* b0 x1 e$ r0 J" d
$ l }$ h2 B( S& Q
3.1.1 原理图：1 f0 C0 j, S4 |4 ]2 B' C
, ^9 |" t6 n+ O# _- s
3.1.2、元器件清单：
1 V$ N" I9 ~6 y0 o+ K7 K: `0 ?( e* d& C2 U
# Q- M( q2 M, P$ u+ U& h
3.1.3、PCB 布局&布线：7 p% E6 m. G0 w
' g* ?5 Z8 n( O1 ]( d6 I
PCB 顶层布局 8 l" u" {% s" r% R" I, V7 a+ _ e
PCB 底层布局
; l* ~ H. o% z7 v; d- x6 `PCB 底层布线
. k3 F; J8 C/ q6 |: f' z, t! X+ R% x3.2、变压器绕制工艺：
* G# N' s( Z7 c5 @6 O; J* e+ w( {$ J4 k. [
3.2.1、电路示意图：
6 V5 C. H E1 P- L6 j) f9 r/ ]5 |/ _
8 g9 Y* }5 E% A" p3.2.2、规格参数：
% I; |. H" j. e2 ~" O# m8 T1 [ q& Z7 k
1）骨架：EE19W 磁芯加厚立式（5+5PIN）,Ae＝46mm²；
+ K2 ]4 J0 x* P; _' q) k- J2）材质：TDK PC40 或同等材质；
8 F. C& b1 E; f s3 t0 r3 G9 n3）N1、N2: 2UEW 漆包线；N3: 三层绝缘线；4 p# W; k# T0 l/ ?
4）次级绕组从变压器顶端进出线，磁芯接地
/ {9 l1 z) b2 L5）绝缘胶带:3M900 或同等材质；$ d- j9 b3 `9 h( V8 h
6）初级绕组感量Lp：1.8mH±5%（测试条件：0.3V，10kHz）；
& y" C) c' Y0 j0 R8 w7）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）)；
8 i I# E$ \3 m9 B- R/ g8）耐压测试= 3.3KV 5mA 1Min；2 b# ^1 M7 j( n
9）成品要求:浸凡立水；
3 B) {2 a2 f$ Q* O& z. W1 Q4 ?+ Y. M2 b# u+ }' _, o
3.2.3、变压器参数:
+ h: Y0 u! X5 G3.2.4、变压器结构图：
# c$ O3 F/ O, k5 P& l$ N1 D5 P& v- o% V/ f3 y
/ }$ {4 Z1 W9 @. J3 J! D# J
04、性能测评; ]) j$ R }9 E1 t2 X d
2 e: A& y) K+ U5 J7 H5 N5 Q
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。
! t0 q- N% y$ V+ x' Z% Z5 [
* \! J* i! Q, D4.1、输入特性：0 ?" `( n+ U( V* }
1 W/ K. `( ^4 w5 b# i
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。
- X) E: R4 M- v: B8 k8 ?* \* a
: h8 @6 p( V$ u2 G" `表1 待机功耗2 F( a( |% T1 d' r6 L
9 ] S8 Y4 D1 Q( U$ s3 h
: b. W/ q$ T% d: N! U+ n表2 输出100%负载下的输入特性0 ^5 U/ k! X* _
: q8 F# X" `" f4 |1 f, K8 r+ [* _. n# K
Z- @4 J0 n: x8 g% d) k! C" e% C表3 效率测试（1.5M 22AWG Cable）
; J# F) D9 O& N! Y% M( u% g. ]5 `. U
3 O/ O/ u% _8 e, L表4 效率测试（PCB END）) u: n$ H- V0 H% h4 F
z' I' ~9 c0 C/ X. B' P
( O) t1 T! @! t7 k6 g- ] K3 a表5 能效等级评估（1.5M 22AWG Cable）# `, H" v8 ^4 k, ^) i( W# Q
: _( I* @7 m! _" Y7 H
$ Z+ [6 f% y, ~# V% E
4.2、输出特性：; B" |$ Q B1 c
% a. o7 F) ^' E ]9 F4 D$ A
4.2.1 线性调整率和负载调整率: （ PCB END ）
0 r4 ~& q" \$ a
1 v. C& t. @* _! X3 v
1 x+ a& s* i& F. D2 o
J" f' v3 [% ?9 L) @7 k4.2.2、输出电压纹波：
. T/ x( X$ C1 c% b/ Q) d
1 |; V- A `! O- z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。/ Y9 z% m7 n2 H6 `1 P3 S
) J' P. \1 s* W! T+ p! M
6 t: n" ]+ @ Q& L& P& L1 e! B b
R&N @ AC90V/60Hz,No Load
# P, a( `) \6 Z. L2 R
R&N @ AC90V/60Hz,100% Load 9 _9 x2 X: t+ o6 ^
R&N @ AC264V/60Hz,No Load
5 L& z( z L0 Q4 n
R&N @ AC264V/60Hz,100% Load 5 _* X) T9 ~' d0 k3 l) v5 \
4.3、保护功能：
. S* f T% E$ A; Q3 L
7 f5 g6 a3 W' G& N以下涉及过流保护、短路保护的测试。" P u4 [/ a& |+ a
7 x5 X1 N1 f& [& N( P! O! P* V4.3.1、过流保护：
& m) y3 Q. F* V2 H
2 Q1 ]4 {; r z* [4.3.2、短路保护：
- N2 W# v9 S' z5 o/ I$ f. q1 w: z
功率计电流量程2.5A,开启平均值模式测量。/ s6 y7 q9 Z8 x' b
7 O+ k- F! L& n3 t- w4.4、系统温升测试, }$ ~5 ~- {: p! R/ }7 }
3 P( H7 R5 j& d8 a ?3 C6 J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。
8 K; W. }" c* w' n) }2 z9 X" v1 T
! e& ?- Q2 S7 a
测试样机及配套外壳
5 o$ _$ T$ [5 S+ m0 U0 B" R, A4 N
; |' U5 ~9 m* N" E
: d. V& o: y4 x* `( G4.5、动态测试：
; Q) D, z+ [4 }0 P+ s$ M" K/ f% Y( R# a" q% F- @; 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)
( G+ A- U }6 A: N& g* C5 n& R2 Q7 a* N$ F- e& {9 l
AC90V 5ms v4 w8 T9 c, }: R: q" A7 o0 a
AC90V 10ms 4 A, s f8 _& c7 m" e" r# e
AC264V 5ms 6 h4 U U3 A' P* v! T4 ?
AC264V 10ms 7 ]/ j8 w: u5 l8 V3 e4 N% s
4.6、系统延时时间测试：
0 Y6 j* ^0 X% V* t7 e+ n. g! n# b* K! o
TON_DELAY @ AC100V，100% Load - Z) U0 E- F. y) S' e# P
TON_DELAY @ AC240V，100% Load
2 n/ Q2 e9 [3 j8 ^5 ~
THOLD_UP @ AC100V，100% Load
6 ^+ |9 h/ P7 R4 l3 R
THOLD_UP @ AC240V，100% Load 7 {3 q( ^3 Y! G3 }0 |0 q! \% N
4.7、其它重要波形测试：
6 o4 b" y/ _8 r3 w. i( N
& }3 I8 n8 Q! F$ a) B; G$ q* i7 yDRAIN（蓝色）端、CS（红色）端波形图：
# S3 n k; E: Y5 @0 d$ E* ^: G: ^
AC90/60Hz，100% load " Q" {3 B4 R. r8 V
AC115/60Hz，100% load
2 X/ ]5 ]7 N% ~( t& Z3 v
AC230/50Hz，100% Load
% N8 e2 u2 f: n. E. e+ \( C
AC264/50Hz，100% load 1 N, O' U6 O. Q3 {
其他波形测试% q9 |1 Y- t0 v+ w' ]& ?, I
' d2 Z1 v" P. T/ N0 A
AC264/50Hz，100% load 输出肖特基电压 & F; |5 B6 g# l( ~/ ~5 n1 G; ~
AC264/50Hz，输出短路，VDS VCS 波形
9 h: H$ ^$ z! z6 L4 n, v# P6 [05、EMI 评估测试测试条件：8 J: ?$ M# T# T0 O
- w2 x" u% v; A8 B. V) i8 a输入：AC115V-60HZ/230V-50Hz；
' s! M: M- J; i" |- b6 z输出负载50W 8Ω大功率电阻；# G/ a, `' v! x/ x- N, x
限值标准参考：EN55013、EN55022B。（辐射测试结果仅供参考）. E e8 c2 R" R3 g) o; i/ F
5 k: t& N0 k }% i4 x" _: w( z
AC115V/60Hz 传导L 相 : t4 c+ ]/ ]9 n4 \5 x* o8 ]5 P
AC115V/60Hz 传导N 相
5 w: f$ E. _" t# m/ Q* t5 O) r
AC230V/50Hz 传导L 相
: F# K5 M( M5 C6 @; R
AC230V/50Hz 传导N 相 4 p$ r, w0 J$ f, K8 L
AC115V/60Hz 辐射测试
$ G3 z: X. A0 `% f; X. M: j
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