提高电源适配器设计效率与可靠性的小技巧

本文，我们将介绍基于思睿达主推CR52177SC的5W USB 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。

 

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驱动器

替代线性调整器和RCC

3、典型应用

 

4、管脚排列

5、管脚描述

6、应用范围

*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：

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 布局&布线：

PCB 顶层布局

PCB 底层布局&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：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：

3.2.4 变压器结构图：

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

表2：输出100%负载下的输入特性

表3：效率测试（PCB END）

表4：效率测试（USB END）

表5：能效等级评估（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、输出恒流特性：

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。

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：

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、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。

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。

 

AC90V 5ms

AC90V 10ms

AC264V 5ms 

AC264V 10ms

4.6、系统延时时间测试：

 

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

4.7、其它重要波形测试：

AC264V/50Hz，100% Load, DRAIN 端592V 

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）

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。思睿达联系人：何工 18923426660，E-mail：[e-mail]，欢迎来电咨询，申请样品。感谢！

编辑：fqj