全电压实现5V2.4A输出的12W充电器方案

上一篇文章中，我们为小伙伴们介绍了基于思睿达主推的CR5218SC_5V1.0A_EE13非标DEMO演示。本文，将为大家介绍12W充电器方案，它是一款全电压实现5V2.4A输出的充电器。其中，控制IC采用了思睿达主推的CR5215SG+CR40V20RSA。那么，这个方案又有什么特点呢？我们接着往下看。

01、样机介绍

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12W，恒压输出的充电器样机，控制IC采用了思睿达主推的CR5215SG+CR40V20RSA。

CR5215SG+CR40V20RSA_5V2.4A 工程样机示意图

CR5215SG

CR5215SG是一款应用于小功率AC / DC充电器和电源适配器的高性能离线式脉宽调制控制器。该芯片采用原边检测和调整的拓扑结构，因此在应用时无需TL431 和光耦。芯片内置恒流/恒压两种控制方式。

在恒流控制时，最大输出电流和输出功率可以通过CS 引脚的限流电阻RS 设定。在恒压控制时，内置恒压采样电路以及高精度的误差比较器基准电压保证了芯片的高性能和高精度。此外，内置线损补偿电路保证了从空载到满载条件下输出电压精度。芯片还具有极低的静态工作电流，芯片待机功耗低于75mW。

CR5215SG针对各种故障设计了一系列完善的保护措施，包括逐周期峰值电流限制、VDD 过压保护、FB开路保护、输出短路保护、前沿消隐、过温保护、电源钳位和欠压锁定功能。在FB上拉电阻开路，FB 下拉电阻短路，输出二极管开路或者短路，变压器绕组短路，CS 引脚电阻开路等故障条件下都能有效保护，使得芯片具有更高的可靠性。

芯片特性

● CR5215SG 是内置700V 功率三极管，反激式QR 原边控制PWM 功率开关；

● 内置软启动，内置斜坡补偿电路，内置过功率补偿；

● 较低的IC 功耗；

● 具有频率抖动功能，使其具有良好的EMI 特性；

● 多模式控制的能效均衡技术，低待机高效率满足能效要求；

● 具有“软启动、OCP、SCP、OTP、OVP 自动恢复等保护功能；

● 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。

基本应用

● 小功率电源适配器

● 蜂窝电话充电器

● 圣诞灯、LED驱动器

● 替代线性调整器和RCC

典型应用

管脚排列

管脚描述

CR40V30RSA

芯片特性：

● 5V 输出同步整流芯片，可工作于DCM 和QR 模式；

● 精简外围电路；

● 较低的工作电流和较高的系统效率满足能效要求。

样机PCBA尺寸：W*L*H=30*41.5*15.4mm，是一款全电压实现5V2.4A输出的充电器。AC100V满足启动时间的条件下，实现AC264V样机待机功耗仅为56mW；全电压输入时能够满足最严格的“COC_V5_T2” 能效标准；满足EMI要求；全电压可实现5%电压、电流输出精度。

样机具有良好的恒压、恒流输出效果；同时具有“软启动、输出短路保护、OCP、SCP、OVP、OTP自动恢复”等多种保护功能。

样机的变压器，采用了EF1510加厚磁芯（PC40材质）。变压器绕制工艺部分，请见后文详细说明。

02、样机特性

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。

2.1、输入特性：

2.2、输出特性(PCB END)：

2.3、整机参数：

2.4、保护功能测试：

2.5、工作环境：

2.6、测试仪器：

03、样机结构信息

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。

3.1、电路原理图及BOM：

3.1.1 原理图：

3.1.2、元器件清单：

3.1.3、PCB 布线：

 

3.2、变压器绕制工艺：

3.2.1、电路示意图：

3.2.2、规格参数：

1）骨架：EF1510 磁芯加厚,Ae＝40mm²；

2）材质：TDK PC40 或同等材质；

3）N1、N2、N4、N5: 2UEW 漆包线；N3: 三层绝缘线；

4）磁芯接地Pin5;

5）绝缘胶带:3M900 或同等材质,宽度6mm 胶带；

6）初级绕组感量Lp：1.0mH±5%（测试条件：0.3V，10kHz）；

7）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）耐压测试= 3.3KV 5mA 1Min；

9）成品要求:浸凡立水；

3.2.3、变压器参数:

04、性能测评

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。

4.1、输入特性：

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。

表1 待机功耗(输出含有假负载1.8KΩ)

表2 输出100%负载下的输入特性

表3 效率测试（PCB END）

4.2、输出特性：

4.2.1、线性调整率和负载调整率：

4.2.2、输出电压纹波：

注：纹波及噪音在PCB 端测试，同时PCB 端并联0.1uF/50V 的瓷片电容和10uF/50V 电解电容，带宽限制为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、保护功能：

注：以下涉及过流保护、短路保护的测试。

4.3.1、过流保护：

4.3.2、短路保护：

4.4、动态测试：

注：输出动态负载电流设置为2.4A 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。

 

AC90V @ 5ms 

AC90V @ 10ms

AC264V @ 5ms 

AC264V @ 10ms

4.5、系统延时时间测试：

注：AC 端（绿色）、VO 输出端（蓝色）波形图。

 

TON_DELAY @ AC90V，100% Load 

TON_DELAY @ AC264V，100% Load

THOLD_UP @ AC90V，100% Load 

THOLD_UP @ AC264V，100% Load

VOVER_SHORT @ AC90V，No Load 

VOVER_SHORT @ AC264V，No Load

4.6、IC 温度测试数据：

在40℃环境下，满载输出测试结果

4.7、其它重要波形测试：

注：DRAIN（绿色）端、CS（蓝色）端波形图。

AC90/60Hz，100% Load 

AC115/60Hz，100% load

AC230/50Hz，100% Load 

AC264/50Hz，100% load

AC264/50Hz，Output Short 

AC264/50Hz, Output diode

05、EMI 评估测试

测试条件：

输入：AC115V/50Hz 、AC230V/50Hz；

输出负载：2.083Ω/50W；

限值标准参考：EN55013、EN55022B。

AC115V/50Hz 传导L 相

AC115V/50Hz 传导N 相

AC115V/50Hz 辐射测试

AC230V/50Hz 传导L 相

AC230V/50Hz 传导N 相

AC230V/50Hz 辐射测试

审核编辑 黄昊宇