電源適配器實現(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，我們詳細介紹了基于思睿達主推的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主推的CR5249_18W 電源適配器解決方案。

01、樣機介紹

該報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，控制IC 采用了思睿達主推的CR5249。

CR5249_12V1.5A 工程樣機示意圖

CR5249

CR5249是一款高性能的電流控制型PWM開關，全電壓范圍內(nèi)待機功耗小于75mW，滿足能效六標準。為了減少待機功耗和提升效率，CR5249集成了多種工作模式。隨著負載的變化，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。當負載很重時，系統(tǒng)工作在傳統(tǒng)的PWM（脈沖寬度調(diào)制）模式。當負載變輕時，系統(tǒng)進入PFM（脈沖頻率調(diào)制）模式。在PFM模式下，隨著負載的逐漸變輕，開關頻率也逐漸的減小。CR5249中獨有的頻率變換模塊可以使開關頻率平滑降低而不產(chǎn)生噪聲。由于頻率的降低，開關損耗也被有效的減小了。當負載繼續(xù)降低而低于某一設定值時，系統(tǒng)進入PSM（跳頻調(diào)制）模式。在PSM模式下，一些開關周期被跳過，這些周期內(nèi)開關管完全關斷，因此這種模式可進一步降低待機功耗。在上述的三種工作模式下，都集成了頻率抖動功能，來提升系統(tǒng)的EMI特性。

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

CR5249集成了多種功能和保護特性，包括欠壓鎖定（UVLO），VDD過壓保護（OVP），軟啟動，過溫保護（OTP），逐周期電流限制（OCP），過載保護（OLP），SENSE引腳懸空保護，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關

●內(nèi)置軟啟動，減小MOSFET 的應力，內(nèi)置斜坡補償電路；

●65kHz 開關頻率，具有頻率抖動功能，使其具有良好的EMI 特性；

●264VAC 輸入待機功耗:<75mW；

●具有“軟啟動、OCP、SCP、OTP、OVP 自動恢復等保護功能；

●電路結構簡單、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

基本應用

●電源適配器

●開放式電源

●數(shù)碼相機和攝像機電源

●電腦和服務器輔助電源

●機頂盒電源

●掌上電腦電源

引腳分布

引腳描述

典型應用

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

樣機具有良好的動態(tài)負載能力；同時具有“軟啟動、OCP、SCP、OVP、OTP自動恢復”等多種保護功能。

樣機的變壓器，采用了EE19W加厚磁芯（PC40材質(zhì)）。變壓器繞制工藝部分，請見后文詳細說明。

02、樣機特性

以下表格為工程樣機的主要特性，具體測試方法在第4 章節(jié)中有詳細說明。

2.1、輸入特性：

2.2、輸出特性(PCB END)：

2.3、整機參數(shù)：

2.4、保護功能測試：

2.5、工作環(huán)境：

2.6 測試儀器：

03、樣機結構信息

本小節(jié)展示了工程樣機的電路、版圖結構，變壓器結構及工藝。

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）次級繞組從變壓器頂端進出線，磁芯接地

5）絕緣膠帶:3M900 或同等材質(zhì)；

6）初級繞組感量Lp：1.8mH±5%（測試條件：0.3V，10kHz）；

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

8）耐壓測試= 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、變壓器結構圖：

04、性能測評

本小節(jié)對工程樣機的輸入部分、輸出部分、各種保護以及一些時序進行了測試，以下詳解了測試方法及結果。從測試結果來看，以下各項測試均合格，能夠滿足大部分客戶的要求。

4.1、輸入特性：

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

表1 待機功耗

表2 輸出100%負載下的輸入特性

表3 效率測試（1.5M 22AWG Cable）

表4 效率測試（PCB END）

表5 能效等級評估（1.5M 22AWG Cable）

4.2、輸出特性：

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

4.2.2、輸出電壓紋波：

注：紋波及噪聲在1.5M 22AWG 處測試，測試端并聯(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、保護功能：

以下涉及過流保護、短路保護的測試。

4.3.1、過流保護：

4.3.2、短路保護：

功率計電流量程2.5A，開啟平均值模式測量。

4.4、系統(tǒng)溫升測試

本項測試評估成品樣機（含配套塑料外殼）在40℃環(huán)境溫度下長時間工作時關鍵器件的穩(wěn)態(tài)溫度值。測試條件：輸入電壓分別為90V~264V，輸出電流1.5A。

測試樣機及配套外殼

4.5、動態(tài)測試：

輸出動態(tài)負載電流設置為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/下降設置為3A/us。(1.5M 22AWG Cable)

AC90V 5ms

AC90V 10ms

AC264V 5ms

AC264V 10ms

4.6、系統(tǒng)延時時間測試：

TON_DELAY@ AC100V，100% Load

TON_DELAY@ AC240V，100% Load

THOLD_UP@ AC100V，100% Load

THOLD_UP@ AC240V，100% Load

4.7、其它重要波形測試：

DRAIN（藍色）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評估測試

測試條件：

輸入：AC115V-60HZ/230V-50Hz；

輸出負載50W 8Ω大功率電阻；

限值標準參考：EN55013、EN55022B。（輻射測試結果僅供參考）

AC115V/60Hz 傳導L 相

AC115V/60Hz 傳導N 相

AC230V/50Hz 傳導L 相

AC230V/50Hz 傳導N 相

AC115V/60Hz 輻射測試

AC230V/50Hz 輻射測試

關于思睿達微電子

思睿達是專注于ADC、DAC、PoE和DC/DC芯片級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，這份堅持發(fā)揚光大。思睿達同時也可以提供芯片級定制服務。

審核編輯黃宇