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18W电源适配器低成本、高稳定性太难?你就差这个方案了

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发表于 2022-6-16 10:48:22 | 只看该作者 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式
本帖最后由 思睿达小妹妹 于 2022-6-16 11:03 编辑 * N0 H7 w3 K& ?6 X& e9 D) |
1 j+ c( q) j/ \  _/ ?  \, a
在之前的文章,我们给大家介绍了基于本公司主推的CR5269SSG电源适配器方案,采用SOP-8L绿色封装,满足能效六标准。本文,我们将给大家介绍下基于本公司主推的CR5269SSJ和CR3017L_9V2A电源适配器解决方案。
/ M* p9 S( ^$ k1 ]" w
% r1 P& {8 c4 p/ P- E: X01、样机介绍
- @4 x/ @; T$ ^
' M2 [  _) d/ R: Q. a该测试报告是基于一个能适用于宽输入电压范围,输出功率18W,恒压恒流输出的电源适配器样机,控制IC采用了本公司主推的CR5269SSJ和CR3017L。0 W* P7 w7 U( Y0 d

7 o0 \7 N0 x- L' i
CR5269SSJ+CR3017L_9V2A工程样机示意图

3 j! a9 {4 ?7 ]- o, Q5 R1 CCR5269SSJ   
( E+ [6 L. v0 ?3 Y4 F1 ^
' H( e( z# r& G/ v1 W' PCR5269SSJ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,CR5269SSJ集成了多种工作模式。随着负载的变化,CR5269SSJ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。CR5269SSJ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。
  n6 `% w# g  |% G- }/ P) o$ U
: O9 ^( x/ b1 A* G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。
; r8 w" `! q7 h+ ^+ [3 u1 N- }* W  }
CR5269SSJ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 ~$ H, M; F3 J+ F1 v6 h& N6 ~, a7 U" l8 I9 ?
芯片特性/ d, |+ m  f& {% \. G# P* N  t
; @" l& _6 L$ y( R: h  T. i
● CR5269SSJ 是内置650V高压功率 MOSFET,反激式PWM 功率开关;
' b1 Y% p* ?: N( _5 o9 k8 a% O7 r; e● 内置软启动,减小MOSFET 的应力,内置斜坡补偿电路;
/ U0 {; G' F: \, V( p● 65kHz 开关频率,具有频率抖动功能,使其具有良好的EMI 特性;) G. P$ v9 m& d
● 全电压输入范围,待机功耗:< 75mW;/ v) c( b  L6 d) H4 n& A6 n
● 输出PCB端四点平均效率:大于88%,满足“COC_VI_T2 级能效”2 Y: |) E7 @. V
● 具有“软启动、OCP、OLP、OTP、VDD_OVP等保护功能;
* W, t2 n1 @" n+ 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。
% A1 L' `% z& N  ?
8 C6 Q3 V6 m" w基本应用
' ]" c" n$ u0 h- g0 B
7 n3 y1 U' H4 ^! A● 电源适配器
; W' J2 i1 r" I- n8 B1 t. Y3 c6 c$ p● 开放式电源, y9 v( B4 f, C8 ~+ E
● 数码相机和摄像机电源
5 Q  W. s' f! Z0 z2 `● 电脑和服务器辅助电源
9 n' B7 m/ H$ |7 w! l● 机顶盒电源3 p4 P/ B0 x# e* Q
● 掌上电脑电源6 R5 U7 c1 p+ D8 }4 g5 L: i  _

% Q, E" q, y( b" r/ Q6 S* K. P引脚分布
! r; k8 T2 m( e1 z' [* Z0 r) Q4 z$ M2 G5 p3 r3 o

9 U0 U8 \9 w9 g1 y引脚描述
- d; l* U. i' V( f: n( {/ |- [
8 U! B  G# b: i! P: c
3 j5 |" k5 k; K- Z
典型应用
3 u& J% ], N; e+ x+ o& q- x% h$ I$ h! w
CR3017L芯片特性:: k  s0 W' k- _% M. F1 j
* m) }$ k& x9 R4 l( Y9 @: B1 V9 W
● CR3017L 可用于CCM、DCM、QR模式下同步整流
# J, o0 h/ P0 k+ F● 最大工作频率400khz,较低的导通电阻可使系统效率更高。
8 B" [% T7 }, z( L" [# {( \) L* x● 外围电路精简,SOP-8L绿色封装封装 ,可自供电,无需辅助绕组供电。
6 `( b, V- Y0 |
, n0 T$ i8 ]7 v样机PCBA尺寸:66*39*22mm( L*W*H),是一款全电压实现9V2A输出的电源适配器。AC100V满足启动时间的条件下,实现AC264V样机待机功耗小于75mW;全电压输入时平均效率>86.5%;能够满足最严格的 “COC_VI_T2” 能效标准;全电压可实现3%电压输出精度。
2 t1 q% \$ A4 Q& M! M& ^# F9 Y+ n( R
4 P8 V, Z3 x$ b# d  s样机具有良好的动态负载能力,良好的恒压输出效果;同时具有“软启动、OCP、SCP、OVP、OTP自动恢复”等多种保护功能。
# Y2 Q& n6 R& `1 s, G( p- V% b3 Y. n. M! L2 O4 W$ R$ s
样机的变压器,采用了EE19W加宽磁芯(PC40材质)。变压器绕制工艺部分,请见后文详细说明。
4 p: N, @/ @* Y
# \8 O4 l" b2 O" q0 u: T02、样机特性
4 f5 Z! p* z1 @9 o5 J4 [  Z- U! B6 b, i9 \5 I! I6 z( r
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。# v9 B3 ]3 q& r: T% R' A

5 V; _" M# Z3 t% r2.1、输入特性:
; `( L# X3 b( G
' G# F, B* N. Y4 P6 M% n) `7 y
( v! w5 C% ~  Z! d: q/ C4 `! T  w
2.2、输出特性(线端):3 u+ c* k% Z: q" j6 s; S
! `3 G( Z2 R! z$ \# k
2.3、整机参数:
, s* A- |$ k! G* O
* ]0 n+ G! _1 @% H1 z

* I; g- t* q& l2.4、保护功能测试:& g: z5 F  V7 s7 j- Y, p) v
& r- A  o) j- R3 y. T
2.5、工作环境:
) H% O0 W$ r) q0 L/ p: \. H

# F! Y* a" X5 n2.6、测试仪器:
, L' g( u. j$ l7 P. F1 `
' @' f: B2 s0 Q0 P: e
03、样机结构信息
) k3 ]1 t4 p8 n' ^  r
. E3 l: v( H& x4 ~+ M1 _1 H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。
$ c2 ~/ f( R% [% d! ]! T$ V
8 B" }: H! c$ t* I* c$ j1 v3.1、电路原理图及BOM:; F% R7 i- \. j; @, R1 y
1 J2 y/ S% X4 ?& N  m+ V
3.1.1、原理图:
. P7 K  q4 g: ?, J' l9 v/ X' j0 Z# j+ `
3.1.2、元器件清单:
+ k1 F& y% \) B. ^! t$ A. c6 D  d2 O! l6 }) n! M
; D7 U1 c0 S3 |4 S
3.1.3、PCB 布局&布线:, T1 }% {8 H* z7 Q% o
' s+ a4 d0 O- R5 a
PCB 顶层布局

9 F% {+ `+ E" ]2 F4 ?0 W8 E! ]
PCB 底层布局&布线

7 u1 m( r( ]' |. y. m3.2、变压器绕制工艺:
2 Q% Q3 @6 }1 T* {  t6 f8 v) x# @1 {3 ^
3.2.1 电路示意图:9 k5 w, P! F3 R
& M0 w# Z/ v8 O; _0 \- F4 O9 h
3.2.2、规格参数:- G7 r% j, @7 [# f9 r+ `& c
5 H4 P% c( L' V1 l  t& I8 h3 m
1)骨架:EE19W 加宽立式(5+5PIN),Ae=46mm²;
! p! z3 h7 M8 Z( O2)材质:TDK PC40 或同等材质;
, g* |, q" Q0 M+ Q6 q3)N1、N2、N4、N5: 2UEW 漆包线;N3: 三层绝缘线;5 x9 N" j, g) }5 \$ _, l
4)次级绕组从变压器顶端进出线,磁芯接地. |2 @$ p7 y# |5 [* y
5)绝缘胶带:3M900 或同等材质;# E; X  K/ Z: Y# K" E, n
6)初级绕组感量Lp:1.6mH±5%(测试条件:0.3V ,10kHz,25℃);
/ n& O, E6 I4 k& s3 o7)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));
& |' [! Y* J2 |7 H( o8)耐压测试= 3KV 5mA 1Min;4 A* N8 M4 q) e. G; T
9)成品要求:浸凡立水;& ~' r, I1 l% r7 L

+ V' |5 X! I, b$ i8 A3.2.3 变压器参数:
% ]5 C: ]) R( g5 |" ?4 ^. X5 N! \) n( O+ `2 k4 b' p4 W
3 ~+ A4 Q+ O" F) Y8 k" ^
3.2.4、变压器结构图:
7 Z* z- q) y6 J" P/ f. t! z6 O! g) n1 B  g5 r, t+ m
04、性能测评8 Z" E% M( L( Q0 K
' }$ k) k# l- j* o" j
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。
$ O; t3 P; M  R1 v+ a
" l* G# h* _, i2 u3 R5 Z& W4.1、输入特性:
( g1 J+ \. z$ S# N' W( J1 Z: S) `$ z/ L
5 g+ ~7 G! a6 B; S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。
. W' g; W* n1 @6 Q; ^% q6 U
0 [0 i" P5 J: x& j/ \6 @2 l表1待机功耗
( s. Q3 A# t3 T
  H5 _* Z. Y( l
表2 输出100%负载下的输入特性1 u; p/ \; [) A* v% C6 }

# ]' t0 @& L7 x; y8 n" l7 U- \3 y( |9 G* }, c5 T
表3效率测试(PCB 端)  q6 p* Z5 u' a* i# f

; c# _4 u4 i5 q' H+ B3 r& r表4效率测试(20AWG 1.6m线端)
6 i( v0 I2 V* J4 z: s6 y# L
6 e3 S& p8 Z" U9 ?
表5能效等级评估(线端)5 O  A* q4 d) u! H% O, z
; z0 O' L* V! s
4.2、输出特性:$ M$ n0 |& [# ?- r2 h, o

0 G0 Z! B; H' K9 h2 O4.2.1、线性调整率和负载调整率: (PCB端)
# ~  Y7 }; J: |, _! c
6 k2 U  j: I8 y$ H) e
4.2.2、输出电压纹波:1 i+ S7 j' y3 y  T8 i0 M

/ m  ~& o" X/ v9 h) m8 |7 F注:纹波及噪声在PCB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。7 o$ `/ c2 ^# f- b2 n
4 D4 \; F3 p# L6 {
R&N @ AC100V/60Hz,No Load

2 i5 N+ `8 f0 t6 Q
R&N @ AC100V/60Hz,100% Load
, r; y, o" Z8 }6 R1 w- V; s3 K
R&N @ AC264V/60Hz,No Load
3 j( K5 Z1 H7 u9 {2 Q
R&N @ AC264V/60Hz,100% Load
" ?; H  x- Y+ A6 A$ L: x* {+ Q
4.3、保护功能:
4 C4 A* Z  g  c. G/ s! ]  v. W5 G. d+ m6 w6 T5 [
以下涉及过流保护、短路保护的测试。
- u/ d: T' o- F3 z; F' @
- h$ c" k; d2 e% E4.3.1、过流保护:4 ~1 f4 e& h5 q, A
1 I) C0 B$ {! e# r' i
4.3.2、短路保护:
4 M& P# `: M( P, T5 s
% g% |( m5 ^" `& Y功率计电流量程2.5A,开启平均值模式测量。9 x1 \; O& K: q1 Q) l  s. Z

+ c! `9 C0 S8 n' B( |4.4、系统温升测试
6 F# M2 {+ J  T0 o3 w
. N& b: W0 U" A; t( 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CR5269SSJ+CR3017L温升值。测试条件:输出电流2A。# x* @0 a1 t0 A/ U/ |* l( h: V

  s2 R" O% n  Q: }" g& s6 s
测试样机及配套外壳
& p5 `( j6 t$ t& K1 ~: a; I( F9 Q6 X

8 L9 d7 u* {8 ]& C2 U9 u& K4.5、动态测试:$ M! w# B$ b. X' D9 L& @

9 [" ~9 {$ e0 q( w1 X输出动态负载电流设置为2A持续5ms/10ms,然后为0A持续5ms/10ms并持续循环,输出带线1.5m测试。& u/ [: W/ r% k& a- Y
0 p* C: e$ O5 w( k" e
AC100V 5ms
2 T, \2 [5 h( @% Z! ]
AC100V 10ms
% r- ~4 G' h5 \2 `; h0 g
AC240V 5ms
4 O+ k( Z5 G! ^0 p
AC240V 10ms
- m. l6 g- J: R3 o5 w
4.6、系统延时时间测试:
, M; c! h% u6 `/ p. |/ ?7 Q% `8 Z8 T% U

) K7 N! |$ H7 }/ `: w1 [; K
TON_DELAY @ AC100V,100% Load

- p! `) O% D+ a' E+ x2 }
TON_DELAY @ AC240V,100% Load

$ @$ D1 g8 F5 G' B- y1 `" ~4 |
THOLD_UP @ AC100V,100% Load
3 _& _- X5 p9 g: q( D' M1 X
THOLD_UP @ AC240V,100% Load

- w+ R$ v- F' Y0 a' B4 Y4.7、其它重要波形测试:  B9 t3 _- X- a. J' _+ R
9 g5 q! }/ Z/ v# e& L
DRAIN(浅蓝色)端、CS(深蓝色)端波形图:% ~4 z6 d2 ?7 j) i: z7 V

- V- E- u. |5 k1 w" m: n* ?
AC90/60Hz,100% load

/ L- J5 t4 p# W$ w  v. \+ C
AC115/60Hz,100% load
  i" S- ]9 e/ E1 n2 i& a
AC230/50Hz,100% Load
! u3 W$ P- a  k: `
AC264/50Hz,100% load
9 _8 F5 p9 v; E& S
其他波形测试
1 `, [" X1 Y" X- y' n4 I2 J3 D- Z' u) V. W
AC264/50Hz满载启动CR3017L漏源电压应力
9 x; X- j- }8 b% Y) e& y- n
AC264/50Hz满载启动CR5269漏源电压应力
+ u/ n3 j4 c% k& a; X6 s8 T
05、EMI评估测试
5 `+ L' y5 l( U" L9 ^4 C0 o. H, W0 i% T3 k% P, v/ R
测试条件:6 y$ E4 v3 q( g7 X. V% U" p
输入:AC115V/230V/50Hz;  s% C: Y( [& |) L; x" o
输出负载:使用大功率电阻;/ c  \' t$ e4 k) t$ y% e+ u
限值标准参考:EN55013、EN55022B。(辐射测试结果仅供参考)
. d: u( I& o4 r* a& d: u
AC115V/50Hz传导L相

$ s8 M9 `. N$ M7 E( N
AC115V/50Hz传导N相
3 {5 e3 m- p* q7 g% D# {
AC230V/50Hz传导L相
/ P" Z) i3 S- T
AC230V/50Hz传导N相
# B8 E  X! D% o% N% g; r
AC115V/50Hz辐射测试
  z) F' P$ E- b( z
AC230V/50Hz辐射测试

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