電源適配器實(shí)現(xiàn)高效率低功耗才是硬道理，這顆IC就能搞定

文章概述

在之前的文章中，我們?cè)敿?xì)介紹了基于思睿達(dá)主推的CR5244_5V2.4A小功率充電器/適配器方案。本文，我們將介紹的是基于思睿達(dá)主推的CR5249_18W 電源適配器解決方案。

01、樣機(jī)介紹

該報(bào)告是基于能夠適用于寬輸入電壓范圍，輸出功率18W，恒壓輸出的電源適配器樣機(jī)，控制IC 采用了思睿達(dá)主推的CR5249。

CR5249_12V1.5A 工程樣機(jī)示意圖

CR5249

CR5249是一款高性能的電流控制型PWM開(kāi)關(guān)，全電壓范圍內(nèi)待機(jī)功耗小于75mW，滿足能效六標(biāo)準(zhǔn)。為了減少待機(jī)功耗和提升效率，CR5249集成了多種工作模式。隨著負(fù)載的變化，CR5249可以工作在三種不同的模式，并且每種模式都做了優(yōu)化。當(dāng)負(fù)載很重時(shí)，系統(tǒng)工作在傳統(tǒng)的PWM（脈沖寬度調(diào)制）模式。當(dāng)負(fù)載變輕時(shí)，系統(tǒng)進(jìn)入PFM（脈沖頻率調(diào)制）模式。在PFM模式下，隨著負(fù)載的逐漸變輕，開(kāi)關(guān)頻率也逐漸的減小。CR5249中獨(dú)有的頻率變換模塊可以使開(kāi)關(guān)頻率平滑降低而不產(chǎn)生噪聲。由于頻率的降低，開(kāi)關(guān)損耗也被有效的減小了。當(dāng)負(fù)載繼續(xù)降低而低于某一設(shè)定值時(shí)，系統(tǒng)進(jìn)入PSM（跳頻調(diào)制）模式。在PSM模式下，一些開(kāi)關(guān)周期被跳過(guò)，這些周期內(nèi)開(kāi)關(guān)管完全關(guān)斷，因此這種模式可進(jìn)一步降低待機(jī)功耗。在上述的三種工作模式下，都集成了頻率抖動(dòng)功能，來(lái)提升系統(tǒng)的EMI特性。

芯片還集成了最大輸出功率動(dòng)態(tài)補(bǔ)償模塊，從而保證系統(tǒng)在全電壓交流輸入范圍（90V~264V）內(nèi)最大輸出功率點(diǎn)恒定。

CR5249集成了多種功能和保護(hù)特性，包括欠壓鎖定（UVLO），VDD過(guò)壓保護(hù)（OVP），軟啟動(dòng)，過(guò)溫保護(hù)（OTP），逐周期電流限制（OCP），過(guò)載保護(hù)（OLP），SENSE引腳懸空保護(hù)，GATE端箝位，前沿消隱等。

芯片特性

●CR5249 是DIP8 封裝的新型反激功率開(kāi)關(guān)

●內(nèi)置軟啟動(dòng)，減小MOSFET 的應(yīng)力，內(nèi)置斜坡補(bǔ)償電路；

●65kHz 開(kāi)關(guān)頻率，具有頻率抖動(dòng)功能，使其具有良好的EMI 特性；

●264VAC 輸入待機(jī)功耗:<75mW；

●具有“軟啟動(dòng)、OCP、SCP、OTP、OVP 自動(dòng)恢復(fù)等保護(hù)功能；

●電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、較少的外圍元器件，適用于小功率AC/DC 電源適配器、充電器。

●能效滿足DOE Ⅵ 和CoC V5_T2 要求

基本應(yīng)用

●電源適配器

●開(kāi)放式電源

●數(shù)碼相機(jī)和攝像機(jī)電源

●電腦和服務(wù)器輔助電源

●機(jī)頂盒電源

●掌上電腦電源

引腳分布

引腳描述

典型應(yīng)用

樣機(jī)PCBA尺寸：66*39*24mm，是一款全電壓實(shí)現(xiàn)12V1.5A輸出的電源適配器。90VAC滿足啟動(dòng)時(shí)間的條件下，實(shí)現(xiàn)AC264V樣機(jī)待機(jī)功耗僅為72mW；全電壓輸入時(shí)平均效率>86.43%；輸出接22AWG1.5米線能夠滿足最嚴(yán)格的“COC_V5_T2” 能效標(biāo)準(zhǔn)。

樣機(jī)具有良好的動(dòng)態(tài)負(fù)載能力；同時(shí)具有“軟啟動(dòng)、OCP、SCP、OVP、OTP自動(dòng)恢復(fù)”等多種保護(hù)功能。

樣機(jī)的變壓器，采用了EE19W加厚磁芯（PC40材質(zhì)）。變壓器繞制工藝部分，請(qǐng)見(jiàn)后文詳細(xì)說(shuō)明。

02、樣機(jī)特性

以下表格為工程樣機(jī)的主要特性，具體測(cè)試方法在第4 章節(jié)中有詳細(xì)說(shuō)明。

2.1、輸入特性：

2.2、輸出特性(PCB END)：

2.3、整機(jī)參數(shù)：

2.4、保護(hù)功能測(cè)試：

2.5、工作環(huán)境：

2.6 測(cè)試儀器：

03、樣機(jī)結(jié)構(gòu)信息

本小節(jié)展示了工程樣機(jī)的電路、版圖結(jié)構(gòu)，變壓器結(jié)構(gòu)及工藝。

3.1、電路原理圖及BOM：

3.1.1 原理圖：

3.1.2、元器件清單：

3.1.3、PCB 布局&布線：

PCB 頂層布局

PCB 底層布局

PCB 底層布線

3.2、變壓器繞制工藝：

3.2.1、電路示意圖：

3.2.2、規(guī)格參數(shù)：

1）骨架：EE19W 磁芯加厚立式（5+5PIN）,Ae＝46mm2；

2）材質(zhì)：TDK PC40 或同等材質(zhì)；

3）N1、N2: 2UEW 漆包線；N3: 三層絕緣線；

4）次級(jí)繞組從變壓器頂端進(jìn)出線，磁芯接地

5）絕緣膠帶:3M900 或同等材質(zhì)；

6）初級(jí)繞組感量Lp：1.8mH±5%（測(cè)試條件：0.3V，10kHz）；

7）漏感量LLK：要求控制在初級(jí)繞組的5%以內(nèi)(測(cè)試條件：0.3 V，10kHz）)；

8）耐壓測(cè)試= 3.3KV 5mA 1Min；

9）成品要求:浸凡立水；

3.2.3、變壓器參數(shù):

3.2.4、變壓器結(jié)構(gòu)圖：

04、性能測(cè)評(píng)

本小節(jié)對(duì)工程樣機(jī)的輸入部分、輸出部分、各種保護(hù)以及一些時(shí)序進(jìn)行了測(cè)試，以下詳解了測(cè)試方法及結(jié)果。從測(cè)試結(jié)果來(lái)看，以下各項(xiàng)測(cè)試均合格，能夠滿足大部分客戶的要求。

4.1、輸入特性：

本模板經(jīng)過(guò)在不同的輸入電壓(從90V/60Hz 到264V/50Hz)和不同負(fù)載條件（空載和滿載）下測(cè)試，得到待機(jī)功耗、效率及平均效率。

表1 待機(jī)功耗

表2 輸出100%負(fù)載下的輸入特性

表3 效率測(cè)試（1.5M 22AWG Cable）

表4 效率測(cè)試（PCB END）

表5 能效等級(jí)評(píng)估（1.5M 22AWG Cable）

4.2、輸出特性：

4.2.1 線性調(diào)整率和負(fù)載調(diào)整率: （ PCB END ）

4.2.2、輸出電壓紋波：

注：紋波及噪聲在1.5M 22AWG 處測(cè)試，測(cè)試端并聯(lián)0.1uF/50V 的瓷片電容和10uF/50V 電解電容，帶寬限制為20MHz。

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

R&N @ AC90V/60Hz,100% Load

R&N @ AC264V/60Hz,No Load

R&N @ AC264V/60Hz,100% Load

4.3、保護(hù)功能：

以下涉及過(guò)流保護(hù)、短路保護(hù)的測(cè)試。

4.3.1、過(guò)流保護(hù)：

4.3.2、短路保護(hù)：

功率計(jì)電流量程2.5A，開(kāi)啟平均值模式測(cè)量。

4.4、系統(tǒng)溫升測(cè)試

本項(xiàng)測(cè)試評(píng)估成品樣機(jī)（含配套塑料外殼）在40℃環(huán)境溫度下長(zhǎng)時(shí)間工作時(shí)關(guān)鍵器件的穩(wěn)態(tài)溫度值。測(cè)試條件：輸入電壓分別為90V~264V，輸出電流1.5A。

測(cè)試樣機(jī)及配套外殼

4.5、動(dòng)態(tài)測(cè)試：

輸出動(dòng)態(tài)負(fù)載電流設(shè)置為1.5A 持續(xù)5ms/10ms，然后為0A 持續(xù)5ms/10ms 并持續(xù)循環(huán)，上升/下降設(shè)置為3A/us。(1.5M 22AWG Cable)

AC90V 5ms

AC90V 10ms

AC264V 5ms

AC264V 10ms

4.6、系統(tǒng)延時(shí)時(shí)間測(cè)試：

TON_DELAY@ AC100V，100% Load

TON_DELAY@ AC240V，100% Load

THOLD_UP@ AC100V，100% Load

THOLD_UP@ AC240V，100% Load

4.7、其它重要波形測(cè)試：

DRAIN（藍(lán)色）端、CS（紅色）端波形圖：

AC90/60Hz，100% load

AC115/60Hz，100% load

AC230/50Hz，100% Load

AC264/50Hz，100% load

其他波形測(cè)試

AC264/50Hz，100% load 輸出肖特基電壓

AC264/50Hz，輸出短路，VDS VCS 波形

05、EMI評(píng)估測(cè)試

測(cè)試條件：

輸入：AC115V-60HZ/230V-50Hz；

輸出負(fù)載50W 8Ω大功率電阻；

限值標(biāo)準(zhǔn)參考：EN55013、EN55022B。（輻射測(cè)試結(jié)果僅供參考）

AC115V/60Hz 傳導(dǎo)L 相

AC115V/60Hz 傳導(dǎo)N 相

AC230V/50Hz 傳導(dǎo)L 相

AC230V/50Hz 傳導(dǎo)N 相

AC115V/60Hz 輻射測(cè)試

AC230V/50Hz 輻射測(cè)試

關(guān)于思睿達(dá)微電子

思睿達(dá)是專注于ADC、DAC、PoE和DC/DC芯片級(jí)解決方案的高科技企業(yè)，目前同步推廣啟臣微全系列產(chǎn)品，希望將啟臣15年在電源行業(yè)這份積淀，這份堅(jiān)持發(fā)揚(yáng)光大。思睿達(dá)同時(shí)也可以提供芯片級(jí)定制服務(wù)。

審核編輯黃宇