提高電源適配器設(shè)計(jì)效率與可靠性的小技巧

本文，我們將介紹基于思睿達(dá)主推CR52177SC的5WUSB 電源適配器方案。究竟有什么強(qiáng)大之處呢？一起來(lái)揭曉吧！

01、樣機(jī)介紹

該測(cè)試報(bào)告是基于一個(gè)能適用于寬輸入電壓范圍，輸出功率5W，恒壓恒流輸出的USB 電源適配器樣機(jī)，控制IC采用了思睿達(dá)公司的CR52177SC。

CR52177SC_5V1A 工程樣機(jī)示意圖

關(guān)于CR52177SC

CR52177SC是一款外圍應(yīng)用電路極度簡(jiǎn)化的高性能原邊檢測(cè)控制的PWM 開(kāi)關(guān)，具有快速啟動(dòng)功能，啟動(dòng)時(shí)間更短。CR52177SC內(nèi)部采用了多模式控制的效率均衡技術(shù)，用于減少芯片系統(tǒng)待機(jī)功耗和提升效率，同時(shí)采用了初級(jí)電感量補(bǔ)償技術(shù)和內(nèi)部集成的輸出線電壓補(bǔ)償技術(shù)，保證了芯片在批量生產(chǎn)過(guò)程中CC/CV 輸出精度，內(nèi)置的全電壓功率自適應(yīng)補(bǔ)償技術(shù)保證了系統(tǒng)在全電壓范圍（90V~264V）內(nèi)輸出恒定的功率?？梢怨ぷ髟陔p繞組和三繞組應(yīng)用系統(tǒng)下，自供電功能保證芯片能夠在任何條件下正常工作，極簡(jiǎn)的外圍應(yīng)用仍然能夠保證電源系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠工作。

CR52177SC集成了多種功能和保護(hù)特性，包括欠壓鎖定（UVLO），軟啟，過(guò)溫保護(hù)（OTP），逐周期電流限制（OCP），F(xiàn)B 引腳開(kāi)路和懸空保護(hù)，輸出短路保護(hù)，前沿消隱等，使得芯片具有更高的可靠性。

1、主要特點(diǎn)

●極簡(jiǎn)外圍應(yīng)用電路

●內(nèi)置快速啟動(dòng)，省啟動(dòng)電阻

●內(nèi)置自供電功能，省供電二極管

●省FB端下偏電阻

●內(nèi)置峰值電流檢測(cè)，省電流采樣電阻

●原邊檢測(cè)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，無(wú)需光耦和TL431

●全電壓范圍內(nèi)高精度恒壓和恒流輸出

●采用多模式控制的效率均衡技術(shù)

●內(nèi)置輸出線電壓補(bǔ)償功能

●內(nèi)置初級(jí)電感量偏差補(bǔ)償功能

●內(nèi)置全電壓功率自適應(yīng)補(bǔ)償功能

●內(nèi)置過(guò)溫度保護(hù)功能

●內(nèi)置FB開(kāi)路和短路保護(hù)功能

●內(nèi)置前沿消隱

●逐周期過(guò)流保護(hù)

●SOP-7L綠色封裝

2、基本應(yīng)用

小功率電源適配器

蜂窩電話充電器

圣誕燈、LED驅(qū)動(dòng)器

替代線性調(diào)整器和RCC

3、典型應(yīng)用

4、管腳排列

5、管腳描述

6、應(yīng)用范圍

*實(shí)際最大功率必須保證足夠的集電極散熱面積，測(cè)試條件40℃環(huán)境溫度。

該樣機(jī)是一款基于CR52177SC設(shè)計(jì)的，全電壓實(shí)現(xiàn)5V1A輸出的USB電源充電器。設(shè)計(jì)緊湊，體積小，成本低，效率高，性能好。PCBA尺寸僅為：33*29*17mm；樣機(jī)在AC90V滿足啟動(dòng)時(shí)間的條件下，實(shí)現(xiàn)AC264V待機(jī)功耗<64mW；典型平均效率75%；能夠滿足最嚴(yán)格的能效標(biāo)準(zhǔn)“COC_T2”；全電壓可實(shí)現(xiàn)±3%的CC/CV輸出精度；具有“軟啟動(dòng)、OCP、SCP、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EE13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&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：EE13（5+5PIN）,Ae＝17.1mm2；

2）磁芯材質(zhì)：TDK PC40 或同等材質(zhì)；

3）N1、N2、N3: 2UEW 漆包線；N4: 三層絕緣線，出線加黑/白特氟龍?zhí)坠埽ˋ 白/B 黑）

4）絕緣膠帶:3M900 或同等材質(zhì)；

5）磁芯中柱開(kāi)氣隙，初級(jí)感量Lp：2000uH±5%（測(cè)試條件：0.3V，10kHz）；

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

7）耐壓測(cè)試= 3KV 5mA 1Min8）成品要求：真空含浸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（PCB END）

表4：效率測(cè)試（USB END）

表5：能效等級(jí)評(píng)估（PCB END）

4.2、輸出特性：

4.2.1、線性調(diào)整率和負(fù)載調(diào)整率：

4.2.2、輸出恒流特性：

4.2.3、輸出電壓紋波&噪聲：

注：紋波及噪聲在USB 端測(cè)試，同時(shí)測(cè)試端口并聯(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/50Hz,No Load

R&N @ AC264V/50Hz,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)：

4.4、溫升測(cè)試：

40 攝氏度恒溫箱滿載極限溫升測(cè)

試被測(cè)樣機(jī)加裝專用塑料外殼后，至于密閉塑料容器內(nèi)，測(cè)試樣機(jī)IC，變壓器，肖特基二極管溫度。以下溫度為平衡后的溫度。

4.5、動(dòng)態(tài)測(cè)試：

輸出動(dòng)態(tài)負(fù)載電流設(shè)置為0.9A 持續(xù)5ms/10ms，然后為0.1A 持續(xù)5ms/10ms并持續(xù)循環(huán)，上升/下降設(shè)置為3A/uS。

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：

AC264V/50Hz，100% Load, DRAIN 端592V

AC264V/50Hz，100% load, 肖特基32.2V

05、EMI評(píng)估測(cè)試

測(cè)試條件：

輸入：AC115V/230V；

輸出負(fù)載：5Ω/50W；

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

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)。

多種方案，歡迎隨時(shí)交流溝通。思睿達(dá)聯(lián)系人：何工 18923426660，E-mail：manjie@threeda.com，歡迎來(lái)電咨詢，申請(qǐng)樣品。感謝！

編輯：fqj