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多重安全防护,兼顾性能与价格的12V2.5A电源适配器方案

思睿达工业通信芯方案 2023-11-14 08:08 次阅读

随着科技的发展和生活方式的改变,电子产品已经成为我们生活中不可或缺的一部分。从智能手机到平板电脑,从笔记本电脑到无线音响,我们对于电子设备的需求越来越多样化和高度依赖。然而,不同的电子设备往往需要不同的电源适配器来提供正确的电力供应。因此,设计一个优秀的电源适配器方案变得极为重要。


今天要给大家介绍的是基于思睿达主推的CR5268TP30W电源适配器方案,能效方面,AC264V输入典型待机功耗75mW,输出使用15mR同步整流PCB端平均效率>89%,能够满足六级能效标准;低纹波,低噪声,符合相关EMI规定。


1

样机介绍

该测试报告是基于能适用于AC100~240V 恒压 12V 输出的30W电源适配器样机,控制 IC采用了思睿达主推的CR5268TP。f6548c0c-8281-11ee-9788-92fbcf53809c.pngf66fdfa2-8281-11ee-9788-92fbcf53809c.pngCR5268TP_12V2.5A 工程样机示意图

CR5268TP芯片

CR5268TP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。CR5268TP轻载时会降低频率,最低频率22kHz可避免音频噪声。CR5268TP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。CR5268TP提供DIP-7L/DIP-8L的封装。

特性:●CR5268TP是一款内置MOS,高能效CCM+PFM绿色节能PWM控制器;●内置软启动,减小MOSFET的应力,内置斜坡补偿电路;●固定65kHz开关频率,具有频率抖动功能,有良好的EMI特性,开关频率平滑变化,低噪声设计;●具有“软启动、OCP、SCP、OTP、OVP,输出二极管短路保护”等自动恢复保护功能;DIP-8L封装四个引脚散热;●电路结构简单、较少的外围元器件,适用于AC/DC电源适配器。基本应用
●电源适配器●充电器●存储设备电源
典型应用:

f6810bba-8281-11ee-9788-92fbcf53809c.png

管脚排列:

f6959652-8281-11ee-9788-92fbcf53809c.png

管脚描述:

f6a2651c-8281-11ee-9788-92fbcf53809c.png

CR85V15RSA芯片

特性:
●精简外围电路,应用简单的同步整流IC,用于CCM、DCM、QR模式;●具有自供电功能,设计方便可用于正端、负端应用;●D端85V耐压,用于输出5~12V以内的应用。
CR5268TP是CCM+PFM电流控制模式PWM控制器,是一款高集成度、低功耗的中等功率反激电源控制IC。样机PCBA尺寸为:67mm×44mm×25mm,具有较高功率密度。能效方面,AC264V输入典型待机功耗75mW,输出使用15mR同步整流,PCB端平均效率>89%,能够满足六级能效标准;低纹波,低噪声,符合相关EMI规定。样机的变压器,采用了EE22加宽磁芯(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:
f6b047cc-8281-11ee-9788-92fbcf53809c.png2.2 输出特性(PCB END):
f6c1193a-8281-11ee-9788-92fbcf53809c.png2.3 整机参数:
f6d11970-8281-11ee-9788-92fbcf53809c.png2.4 保护功能测试:
f6e0aa98-8281-11ee-9788-92fbcf53809c.png
2.5 工作环境:
f6f4f1ce-8281-11ee-9788-92fbcf53809c.png
2.6 测试仪器:
f7003b74-8281-11ee-9788-92fbcf53809c.png

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:
f716be9e-8281-11ee-9788-92fbcf53809c.png3.1.2 元器件清单:
f7238b6a-8281-11ee-9788-92fbcf53809c.jpg3.1.3 PCB 布局&布线:
f73b8e9a-8281-11ee-9788-92fbcf53809c.pngPCB顶层布局&布线
f749f07a-8281-11ee-9788-92fbcf53809c.pngPCB底层布局&布线注:L×W:67mm×44mm
3.2 变压器绕制工艺:
3.2.1 电路示意图:f75b7b6a-8281-11ee-9788-92fbcf53809c.png3.2.2 规格参数:
1)骨架:EE22 加厚加宽立式(5+2PIN),Ae=58mm²;2)材质:TDK PC40 或同等材质;3)绝缘胶带:3M900 或同等材质;4)初级绕组感量Lp:680uH±5%(测试条件:0.3V,10kHz);5)漏感量LLK:要求控制在初级绕组的5%以内(测试条件:0.3V,10kHz);6)耐压测试= 3KV 5mA 1Min;7)成品要求:浸凡立水;
3.2.3 变压器参数:
f7688558-8281-11ee-9788-92fbcf53809c.png
3.2.4 变压器结构示意图:
f78156a0-8281-11ee-9788-92fbcf53809c.png

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f790fb1e-8281-11ee-9788-92fbcf53809c.png
表 2 输出 100%负载下的输入特性f7a0e286-8281-11ee-9788-92fbcf53809c.png
表 4 效率测试(PCB END)f7aeedea-8281-11ee-9788-92fbcf53809c.png
表 5 能效等级评估(PCB END)f7c1e882-8281-11ee-9788-92fbcf53809c.png
4.2 输出特性:4.2.1 线性调整率和负载调整率: (pcb end)
f7cb9b3e-8281-11ee-9788-92fbcf53809c.png
4.2.2 输出电压纹波:
注:纹波及噪声在PCB输出端用10cm导线,并联0.1uF/50V瓷片电容和10uF/50V电解电容,带宽限制为20MHz进行测试。
f7e115b8-8281-11ee-9788-92fbcf53809c.pngf802ea30-8281-11ee-9788-92fbcf53809c.pngR&N @ AC90V/60Hz,No Load 
f815855a-8281-11ee-9788-92fbcf53809c.pngR&N @ AC90V/60Hz,100% Load
f82f3766-8281-11ee-9788-92fbcf53809c.pngR&N @ AC264V/50Hz,No Load
f841a6d0-8281-11ee-9788-92fbcf53809c.pngR&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
f85c2492-8281-11ee-9788-92fbcf53809c.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。
f86f19d0-8281-11ee-9788-92fbcf53809c.png4.4 系统延时时间测试:f8853c24-8281-11ee-9788-92fbcf53809c.pngf89582dc-8281-11ee-9788-92fbcf53809c.pngTON_DELAY @ AC100V,100% Load
f8b0666a-8281-11ee-9788-92fbcf53809c.pngTON_DELAY @ AC240V,100% Load
f8d2ae50-8281-11ee-9788-92fbcf53809c.pngTHOLD_UP @ AC100V,100% Load
f8e78c6c-8281-11ee-9788-92fbcf53809c.pngTHOLD_UP @ AC240V,100% Load
f8f6f454-8281-11ee-9788-92fbcf53809c.pngVOVER_SHOOT @ AC100V,100% Load
f90b91ac-8281-11ee-9788-92fbcf53809c.pngVOVER_SHOOT @ AC240V,100% Load
4.5 动态测试:
注:输出动态负载电流设置为2.5A持续5ms/10ms,然后为0A持续 5ms/10ms并持续循环,上升/下降设置为5A/us。
f91651e6-8281-11ee-9788-92fbcf53809c.pngf92ec49c-8281-11ee-9788-92fbcf53809c.pngAC100V/60Hz 5ms
f93f7eea-8281-11ee-9788-92fbcf53809c.pngAC240V/50Hz 5ms
f95a7ed4-8281-11ee-9788-92fbcf53809c.pngAC100V/60Hz 10ms
f96d7a66-8281-11ee-9788-92fbcf53809c.pngAC240V/50Hz 10ms
4.6 老化温度评估:
在 40℃环境下,满载输出测试结果:单位℃f98249f0-8281-11ee-9788-92fbcf53809c.png
4.7 其它重要波形测试:
DRAIN端(红色)、CS端(浅蓝色)波形图:
f9937ef0-8281-11ee-9788-92fbcf53809c.pngAC90/60Hz,100% load
f9a94398-8281-11ee-9788-92fbcf53809c.pngAC115/60Hz,100% load
f9bee69e-8281-11ee-9788-92fbcf53809c.pngAC230/50Hz,100% Load
f9d1897a-8281-11ee-9788-92fbcf53809c.pngAC264/50Hz,100% load
f9e30fba-8281-11ee-9788-92fbcf53809c.pngAC264/50Hz 启动 mos 电压应力 566V
fa00016a-8281-11ee-9788-92fbcf53809c.pngAC264/50Hz 同步整流电压应力 62V
4.8 EMI 评估测试:
输入:AC115V/60Hz&230V/50Hz;输出负载:水泥电阻
限值标准参考:EN55013、EN55022B。(辐射测试结果仅供参考)
fa13b3cc-8281-11ee-9788-92fbcf53809c.pngAC115V/60Hz L相
fa3e323c-8281-11ee-9788-92fbcf53809c.pngAC115V/60Hz N相
fa52069a-8281-11ee-9788-92fbcf53809c.pngAC230V/50Hz L 相
fa637c9a-8281-11ee-9788-92fbcf53809c.pngAC230V/50Hz N 相
fa6e3a0e-8281-11ee-9788-92fbcf53809c.pngAC115V/60Hz 辐射
fa8c9634-8281-11ee-9788-92fbcf53809c.png

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