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关于功耗、噪声、保护功能等问题,这个18W电源适配器方案全解决了

思睿达工业通信芯方案 2021-12-17 17:02 次阅读

概述

上一篇文章我们介绍了基于思睿达主推的CR5244_12V1A 电源适配器解决方案。在本文,我们将介绍基于思睿达主推的CR5149TJ_18W电源适配器方案。

01

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。51a1052a-5e96-11ec-a27f-dac502259ad0.png5211acd0-5e96-11ec-a27f-dac502259ad0.png5226db1e-5e96-11ec-a27f-dac502259ad0.pngCR5149TJ_12V1.5A工程样机示意图

关于CR5149TJ

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。

CR5149TJ芯片特性:

●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

管脚排列

523849c6-5e96-11ec-a27f-dac502259ad0.png

管脚描述

524a21f0-5e96-11ec-a27f-dac502259ad0.png

典型应用

525dfe82-5e96-11ec-a27f-dac502259ad0.png

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。

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:529d229c-5e96-11ec-a27f-dac502259ad0.png 2.2、输出特性(PCB END):52c382b6-5e96-11ec-a27f-dac502259ad0.png 2.3、整机参数52d22852-5e96-11ec-a27f-dac502259ad0.png 2.4、保护功能测试:52e249f8-5e96-11ec-a27f-dac502259ad0.png 2.5、工作环境:53109cc2-5e96-11ec-a27f-dac502259ad0.png 2.6、测试仪器:

533b3fc2-5e96-11ec-a27f-dac502259ad0.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:

534b5e48-5e96-11ec-a27f-dac502259ad0.png 3.1.2、元器件清单:535fb3a2-5e96-11ec-a27f-dac502259ad0.png 3.1.3、PCB 布局&布线:5374e0ba-5e96-11ec-a27f-dac502259ad0.pngPCB 顶层布局53890de2-5e96-11ec-a27f-dac502259ad0.pngPCB 底层布局53b70418-5e96-11ec-a27f-dac502259ad0.pngPCB 底层布线3.2、变压器绕制工艺:3.2.1、电路示意图:53c8088a-5e96-11ec-a27f-dac502259ad0.png 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:53ed2250-5e96-11ec-a27f-dac502259ad0.png 3.2.4、变压器结构图:541ebf18-5e96-11ec-a27f-dac502259ad0.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(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5431051a-5e96-11ec-a27f-dac502259ad0.png 表 2 输出 100%负载下的输入特性545470a4-5e96-11ec-a27f-dac502259ad0.png 表 3 效率测试(1.5M 22AWG Cable)548150b0-5e96-11ec-a27f-dac502259ad0.png 表 4 效率测试(PCB END)54a51162-5e96-11ec-a27f-dac502259ad0.png 表 5 能效等级评估(1.5M 22AWG Cable)54d1d314-5e96-11ec-a27f-dac502259ad0.png 4.2、输出特性:4.2.1、线性调整率和负载调整率: ( PCB END )54fa6676-5e96-11ec-a27f-dac502259ad0.png 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。5525758c-5e96-11ec-a27f-dac502259ad0.png55376242-5e96-11ec-a27f-dac502259ad0.pngR&N @ AC90V/60Hz,No Load55675916-5e96-11ec-a27f-dac502259ad0.pngR&N @ AC90V/60Hz,100% Load55791282-5e96-11ec-a27f-dac502259ad0.pngR&N @ AC264V/60Hz,No Load55bae70c-5e96-11ec-a27f-dac502259ad0.pngR&N @ AC264V/60Hz,100% Load4.3、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:55cfe738-5e96-11ec-a27f-dac502259ad0.png 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。55de4c74-5e96-11ec-a27f-dac502259ad0.png 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。56094d7a-5e96-11ec-a27f-dac502259ad0.png测试样机及配套外壳温升测试:(℃)566291e6-5e96-11ec-a27f-dac502259ad0.png 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)56a68c8e-5e96-11ec-a27f-dac502259ad0.png56ce0610-5e96-11ec-a27f-dac502259ad0.pngAC90V 5ms56de43f4-5e96-11ec-a27f-dac502259ad0.pngAC90V 10ms570a48d2-5e96-11ec-a27f-dac502259ad0.pngAC264V 5ms57393246-5e96-11ec-a27f-dac502259ad0.pngAC264V 10ms4.6、系统延时时间测试:5749f612-5e96-11ec-a27f-dac502259ad0.png57592376-5e96-11ec-a27f-dac502259ad0.pngTON_DELAY @ AC90V,100% Load57a7ac1c-5e96-11ec-a27f-dac502259ad0.pngTON_DELAY @ AC240V,100% Load57bd6458-5e96-11ec-a27f-dac502259ad0.pngTHOLD_UP @ AC90V,100% Load57e9ef6e-5e96-11ec-a27f-dac502259ad0.pngTHOLD_UP @ AC240V,100% Load4.7、其它重要波形测试:
DRAIN(蓝色)端、CS(红色)端波形图:581ae5ec-5e96-11ec-a27f-dac502259ad0.pngAC90/60Hz,100% load582c2514-5e96-11ec-a27f-dac502259ad0.pngAC115/60Hz,100% load585a41e2-5e96-11ec-a27f-dac502259ad0.pngAC230/50Hz,100% Load586a3c78-5e96-11ec-a27f-dac502259ad0.pngAC264/50Hz,100% load其他波形测试58a99224-5e96-11ec-a27f-dac502259ad0.pngAC264/50Hz,100% load 输出肖特基电压58d6e36e-5e96-11ec-a27f-dac502259ad0.pngAC264/50Hz,输出短路,VDS VCS 波形05、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)58ff8a30-5e96-11ec-a27f-dac502259ad0.pngAC120V/60Hz 传导 L 相59106c92-5e96-11ec-a27f-dac502259ad0.pngAC120V/60Hz 传导 N 相591f9c8a-5e96-11ec-a27f-dac502259ad0.pngAC230V/50Hz 传导 L 相5f4fee34-5e96-11ec-a27f-dac502259ad0.pngAC230V/50Hz 传导 N 相5f78d574-5e96-11ec-a27f-dac502259ad0.pngAC115V/60Hz 辐射测试5f9a8b56-5e96-11ec-a27f-dac502259ad0.pngAC230V/50Hz 辐射测试

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