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提高电源适配器设计效率与可靠性的小技巧

思睿达小妹妹 来源:网友思睿达小妹妹发布 作者:网友思睿达小妹妹 2021-11-26 15:36 次阅读

本文,我们将介绍基于思睿达主推CR52177SC的5WUSB 电源适配器方案。究竟有什么强大之处呢?一起来揭晓吧!

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5W,恒压恒流输出的USB 电源适配器样机,控制IC采用了思睿达公司的CR52177SC。

poYBAGGgjomAJJGaAAQm4-e95_0536.png

pYYBAGGgjo2AWS8uAAWY3JNI3H0575.png

CR52177SC_5V1A 工程样机示意图

关于CR52177SC

CR52177SC是一款外围应用电路极度简化的高性能原边检测控制的PWM 开关,具有快速启动功能,启动时间更短。CR52177SC内部采用了多模式控制的效率均衡技术,用于减少芯片系统待机功耗和提升效率,同时采用了初级电感量补偿技术和内部集成的输出线电压补偿技术,保证了芯片在批量生产过程中CC/CV 输出精度,内置的全电压功率自适应补偿技术保证了系统在全电压范围(90V~264V)内输出恒定的功率。可以工作在双绕组和三绕组应用系统下,自供电功能保证芯片能够在任何条件下正常工作,极简的外围应用仍然能够保证电源系统的稳定可靠工作。

CR52177SC集成了多种功能和保护特性,包括欠压锁定(UVLO),软启,过温保护(OTP),逐周期电流限制(OCP),FB 引脚开路和悬空保护,输出短路保护,前沿消隐等,使得芯片具有更高的可靠性。

1、主要特点

●极简外围应用电路

●内置快速启动,省启动电阻

●内置自供电功能,省供电二极管

●省FB端下偏电阻

●内置峰值电流检测,省电流采样电阻

●原边检测拓扑结构,无需光耦和TL431

●全电压范围内高精度恒压和恒流输出

●采用多模式控制的效率均衡技术

●内置输出线电压补偿功能

●内置初级电感量偏差补偿功能

●内置全电压功率自适应补偿功能

●内置过温度保护功能

●内置FB开路和短路保护功能

●内置前沿消隐

●逐周期过流保护

●SOP-7L绿色封装

2、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

替代线性调整器和RCC

3、典型应用

poYBAGGgkBKAZAu2AAD9WUY8dro319.png

pYYBAGGgjo-AJPaxAAFBqwNgHRI365.png

4、管脚排列

pYYBAGGgjpCAat3LAACeU6xYLt4791.png

5、管脚描述

poYBAGGgjpKAflMBAAEwLaurIYc712.png

6、应用范围

pYYBAGGgjpOAZsoSAACfyFg4o-c684.png

*实际最大功率必须保证足够的集电极散热面积,测试条件40℃环境温度。

该样机是一款基于CR52177SC设计的,全电压实现5V1A输出的USB电源充电器。设计紧凑,体积小,成本低,效率高,性能好。PCBA尺寸仅为:33*29*17mm;样机在AC90V满足启动时间的条件下,实现AC264V待机功耗<64mW;典型平均效率75%;能够满足最严格的能效标准“COC_T2”;全电压可实现±3%的CC/CV输出精度;具有“软启动、OCP、SCP、OTP自动恢复”等多种保护功能。

样机的变压器,采用了EE13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:

poYBAGGgjriAQLreAAC94d2sAWc887.png

2.2、输出特性(PCB END):

pYYBAGGgjrmAE3lsAADU5ciNR1w899.png

2.3、整机参数

poYBAGGgjryAeH8ZAAJOodPcNYg130.png

2.4、保护功能测试:

pYYBAGGgjr6AVpF3AAFzela_Csw627.png

2.5、工作环境:

poYBAGGgjr-AUyUgAACF1DJSTRE887.png

2.6、测试仪器:

pYYBAGGgjsCAN7NcAAEyiudT6wA448.png

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:

poYBAGGgjtCAOeEGAABqrN5aKvo750.png

3.1.2、元器件清单:

pYYBAGGgjtSAMrfGAAMPiMwCi20139.png

3.1.3、PCB 布局&布线:

poYBAGGgjtWAEtYSAACCGqfj8-0584.png

PCB 顶层布局

pYYBAGGgjtaAcEk-AAC5yiR8lNs190.png

PCB 底层布局&布线

3.2、变压器绕制工艺:

3.2.1、电路示意图:

pYYBAGGgjtaAC2VRAAAr31bGJvY490.png

3.2.2、规格参数:

1)骨架:EE13(5+5PIN),Ae=17.1mm²;

2)磁芯材质:TDK PC40 或同等材质;

3)N1、N2、N3: 2UEW 漆包线;N4: 三层绝缘线,出线加黑/白特氟龙套管(A 白/B 黑)

4)绝缘胶带:3M900 或同等材质;

5)磁芯中柱开气隙,初级感量Lp:2000uH±5%(测试条件:0.3V,10kHz);

6)漏感量LLK:要求控制在初级绕组的5%以内(测试条件:0.3V,10kHz));

7)耐压测试= 3KV 5mA 1Min8)成品要求:真空含浸3.2.3、变压器参数:

poYBAGGgjtiAYrFBAAGJ2ughN8w639.png

3.2.4 变压器结构图:

pYYBAGGgjtmACXycAADhRgOHILk051.png

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)和不同负载条件下测试,得到待机功耗、效率及平均效率。

表1:待机功耗

pYYBAGGgju6ACBrIAAChQxZyle0460.png

表2:输出100%负载下的输入特性

poYBAGGgju-AFPDGAADdDyA9kMo954.png

表3:效率测试(PCB END)

poYBAGGgjvGAPiVLAAFfuZM6h28295.png

表4:效率测试(USB END)

pYYBAGGgjvKAB7gMAAFHOkKDB3w019.png

表5:能效等级评估(PCB END)

poYBAGGgjvOAPn9OAAE_GVCYYcY189.png

4.2、输出特性:

4.2.1、线性调整率和负载调整率:

poYBAGGgjvWAT5COAAHNw-S8508166.png

4.2.2、输出恒流特性:

pYYBAGGgjvaAP0ghAAFdsBA8OHQ848.png

4.2.3、输出电压纹波&噪声:

注:纹波及噪声在USB 端测试,同时测试端口并联0.1uF/50V 的瓷片电容和10uF/50V 电解电容,带宽限制为20MHz。

poYBAGGgjveAP_m9AAAqNZStMIw043.png

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

poYBAGGgjveAe23JAAApfnIU178532.png

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

pYYBAGGgjviAVmghAAAztUB-zVM738.png

R&N @ AC264V/50Hz,No Load

poYBAGGgjviAFWiPAAAq4GIaBQQ296.png

R&N @ AC264V/50Hz,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:

pYYBAGGgjxOASgOZAADU1MEGL9k831.png

4.3.2、短路保护:

poYBAGGgjxSANV3cAAC2fhtb8Tg635.png

4.4、温升测试:

40 摄氏度恒温箱满载极限温升测

试被测样机加装专用塑料外壳后,至于密闭塑料容器内,测试样机IC,变压器,肖特基二极管温度。以下温度为平衡后的温度。

pYYBAGGgjxWAPCtGAADBYnqKazI437.png

4.5、动态测试:

输出动态负载电流设置为0.9A 持续5ms/10ms,然后为0.1A 持续5ms/10ms并持续循环,上升/下降设置为3A/uS。

poYBAGGgjxaATtNiAADUvYIv860877.png

pYYBAGGgjxaARqrsAAAfLsQFtwE770.png

AC90V 5ms

poYBAGGgjxeAQfDsAAAeah3tlR0987.png

AC90V 10ms

pYYBAGGgjxeAXtJyAAAerIyG_lU670.png

AC264V 5ms

poYBAGGgjxiAKeyPAAAeL_j_aCk825.png

AC264V 10ms

4.6、系统延时时间测试:

pYYBAGGgjxmAbp8pAABkrywtNV0457.png

poYBAGGgjxqABmGMAAAlyYsDNYg368.png

TON_DELAY@ AC100V,100% Load

pYYBAGGgjxqAQ1tpAAAuJUCVYPY347.png

TON_DELAY@ AC240V,100% Load

pYYBAGGgjxuAJg2QAAAm1NW6H5E253.png

THOLD_UP@ AC100V,100% Load

poYBAGGgjxuAPh_0AAAp--DC4LA299.png

THOLD_UP@ AC240V,100% Load

4.7、其它重要波形测试:

pYYBAGGgjyeATgdMAAAv27Ma0Dg951.png

AC264V/50Hz,100% Load, DRAIN 端592V

poYBAGGgjyeAElJTAAApNknqd5k693.png

AC264V/50Hz,100% load, 肖特基32.2V

05、EMI评估测试

测试条件:

输入:AC115V/230V;

输出负载:5Ω/50W;

限值标准参考:EN55013、EN55022B。(辐射测试结果仅供参考)

poYBAGGgj1uAQtE3AAgxWu_ib0s650.jpg

关于思睿达微电子

思睿达是专注于ADCDACPoEDC / 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。思睿达联系人:何工 18923426660,E-mail:manjie@threeda.com,欢迎来电咨询,申请样品。感谢!

编辑:fqj

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