帮你解决功耗、效率问题!看看18W电源适配器方案有多给力

描述

在之前的文章,我们给大家介绍了一份“硬核”的240W电源适配器方案,该方案的控制IC采用了思睿达主推的CR1252和CR3012。

本文,我们将给大家带来的是一份基于思睿达主推的CR5149TJ_18W电源适配器方案。该方案全电压输入时平均效率>86%,而且具有良好的动态负载能力。当然,还不止这些,小编给大家一一揭晓。

1、样机介绍:

该报告是基于能够适用于宽输入电压范围,输出功率18W,恒压输出的电源适配器样机,控制IC采用了思睿达主推的CR5149TJ。

充电器

 

充电器

 

充电器

CR5149TJ_12V1.5A工程样机示意图

CR5149TJ芯片

CR5149TJ 是一款高集成度、低待机功耗的CCM+PFM 混合电流模式PWM 控制开关。CR5149TJ 轻载时会降低频率,最低频率22kHz 可避免音频噪声。CR5149TJ 提供了完整的保护功能,如OCP、OTP、VDD_OVP、UVLO 等。软启动功能可以减少系统启动时MOSFET 的应力,前沿消隐时间简化了系统应用。通过频率抖动和软驱动电路的设计,降低开关噪声,简化了EMI 设计。CR5149TJ 提供DIP-8L的封装。

特性

● 较低的启动电流 (大约3μA)

● 全电压范围待机低于75mW

● 满足六级能效标准

● ‍内置软启动减少MOSFET应力

● 内建同步斜坡补偿,消除次谐波振荡

● 内建频率抖动功能,降低EMI

● 内置65kHz开关频率

● 轻载降低工作频率

● VDD宽工作范围

● VDD过压保护功能

● 内置前沿消隐电路

● 逐周期过流保护

● 内置过温保护

● 过载保护

● DIP-8L绿色封装

基本应用

● 电源适配器

● 机顶盒电源

● 充电器

● 存储设备电源

典型应用

充电器

管脚排列

充电器

管脚描述

充电器

样机PCBA尺寸:66*39*24mm,是一款全电压实现12V1.5A输出的电源适配器。90VAC满足启动时间的条件下,实现AC264V样机待机功耗仅为70mW;全电压输入时平均效率>86%;输出接22AWG1.5米线能够满足最严格的 “COC_V5_T2” 能效标准。

样机具有良好的动态负载能力;同时具有“软启动、OCP、SCP、OVP、OTP自动恢复”等多种保护功能。

样机的变压器,采用了EE19W加厚磁芯(PC40材质)。变压器绕制工艺部分,请见后文详细说明。

2、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:

充电器

2.2、输出特性(PCB END):

充电器

2.3、整机参数:

充电器

2.4、保护功能测试:

充电器

2.5、工作环境:

充电器

2.6、测试仪器:

充电器

3、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:

充电器

3.1.2、元器件清单:

充电器

3.1.3、PCB 布局&布线:

充电器

PCB 顶层布局

充电器

PCB 底层布局

充电器

PCB 底层布线

3.2、变压器绕制工艺: 

3.2.1、电路示意图:

充电器

3.2.2、规格参数: 

1)骨架:EE19W 磁芯加厚立式(5+5PIN),Ae=46mm²; 

2)材质:TDK PC40 或同等材质; 

3)N1、N2: 2UEW 漆包线;N3: 三层绝缘线; 

4)次级绕组从变压器顶端进出线,磁芯接地

5)绝缘胶带:3M900 或同等材质; 

6)初级绕组感量 Lp:1.8mH±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:

充电器

3.2.4、变压器结构图:

充电器

4、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

充电器

表 2 输出 100%负载下的输入特性

充电器

表 3 效率测试(1.5M 22AWG Cable)

充电器

表 4 效率测试(PCB END)

充电器

表 5 能效等级评估(1.5M 22AWG Cable)

充电器

4.2、输出特性:

4.2.1、线性调整率和负载调整率: ( PCB END )

充电器

4.2.2、输出电压纹波: 

注:纹波及噪声在 1.5M 22AWG 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。

充电器

充电器

R&N @ AC90V/60Hz,No Load 

充电器

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

充电器

R&N @ AC264V/60Hz,No Load

充电器

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

4.3、保护功能:

以下涉及过流保护、短路保护的测试。 

4.3.1、过流保护:

充电器

4.3.2、短路保护: 

功率计电流量程 2.5A,开启平均值模式测量。

充电器

4.4、系统温升测试 

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时关键器件的稳态温度值。测试条件:输入电压分别为 90V~264V,输出电流 1.5A。

充电器

测试样机及配套外壳

温升测试:(℃)

充电器

4.5、动态测试: 

输出动态负载电流设置为 1.5A 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。(1.5M 22AWG Cable)

充电器

 

充电器

AC90V 5ms 

充电器

AC90V 10ms 

充电器

AC264V 5ms 

充电器

AC264V 10ms

4.6、系统延时时间测试:

充电器

 

充电器

TON_DELAY  @ AC90V,100% Load

充电器

TON_DELAY  @ AC240V,100% Load

充电器

THOLD_UP @ AC90V,100% Load

充电器

THOLD_UP @ AC240V,100% Load

4.7、其它重要波形测试:

DRAIN(蓝色)端、CS(红色)端波形图:

充电器

AC90/60Hz,100% load 

充电器

AC115/60Hz,100% load

充电器

AC230/50Hz,100% Load 

充电器

AC264/50Hz,100% load

其他波形测试 

充电器

AC264/50Hz,100% load 输出肖特基电压

充电器

AC264/50Hz,输出短路,VDS VCS 波形

5、EMI 评估测试 测试条件:

输入:AC120V-60HZ/230V-50Hz;

输出负载用大功率电阻;

限值标准参考:EN55013、EN55022B。(辐射测试结果仅供参考)

充电器

AC120V/60Hz 传导 L 相 

充电器

AC120V/60Hz 传导 N 相

充电器

AC230V/50Hz 传导 L 相 

充电器

AC230V/50Hz 传导 N 相

充电器

AC115V/60Hz 辐射测试 

充电器

AC230V/50Hz 辐射测试

关于思睿达微电子

思睿达是专注于ADC、DAC、PoE和DC / DC 芯片级解决方案的高科技企业,目前同步推广启臣微全系列产品,希望将启臣15年在电源行业这份积淀,这份坚持发扬光大。思睿达同时也可以提供芯片级定制服务。

多种方案,欢迎随时交流沟通。欢迎来电咨询,申请样品。感谢!

审核编辑 黄昊宇

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