高集成度、经济高效的27W电源适配器方案,这两颗芯片功不可没

描述

在我们之前的文章中,介绍了基于思睿达主推的CR5149TJ_18W电源适配器方案。该方案全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%。

接下来,将要介绍的是另一个电源适配器方案,控制IC采用了思睿达主推的CR5159TN 和 CR85V25RS,输出功率为27W。该方案与之前的方案又有何不同呢?我们往下看。

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27W 方案,输出9V3A 的工程样机,控制IC 采用了思睿达主推的CR5159TN 和CR85V25RS。

电源适配器

电源适配器

CR5159TN+CR85V25RS 工程样机示意图

CR5159TN

CR5159TN是一款采用内置高压功率MOSFET的高集成度、低待机功耗CCM+PFM混合电流模式PWM控制开关。CR5159TN轻载时会降低频率,最低频率22kHz可避免音频噪声。CR5159TN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。CR5159TN提供DIP-8L的封装。

特性

● CR5159TN 是采用内置650V 高压功率MOSFET,反激式PWM 功率开关;

● 内置软启动,减小MOSFET 的应力;

● 内置同步斜坡补偿电路,消除次谐波振荡;

● 65kHz 开关频率,具有频率抖动功能,使其具有良好的EMI 特性;

● 全电压输入范围,待机功耗:< 75mW;

● 具有“软启动、OCP、SCP、OTP、OVP 自动恢复等保护功能;

● 电路结构简单、较少的外围元器件,适用于小功率AC / DC 电源适配器、充电器;

● CR5159TN 还提供VDD 电压从8.5V 至36.5V 更宽的工作范围。

基本应用

● 电源适配器

● 充电器

● 存储设备电源

典型应用

电源适配器

管脚排列

电源适配器

管脚描述

电源适配器

CR85V25RS

芯片特性:

● 支持CCM&QR&DCM 工作模式;

● 内置85V 功率MOS 管;

● 可自供电,支持正端/负端应用;

● 精确的外围电路;

● VCC 欠压保护;

● 最大支持150kHz 工作频率。

该样机大小73.8mm×36.8mm,AC264V 输入待机功耗<75mW,平均效率>87.3%,能够满足“能源之星V2.0 VI 级能效”与欧洲COCT2 标准;具有“OCP、OTP、VDD_OVP、UVLO ”等多种保护功能;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,CR5159TN 还提供VDD 电压从8.5V 至36.5V 更宽的工作范围。

样机的变压器,采用了EE22加宽磁芯(PC95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:

电源适配器

2.2、输出特性:

电源适配器

2.3、整机参数:

电源适配器

2.4、保护功能测试:

电源适配器

2.5、工作环境:

电源适配器

2.6、测试仪器

电源适配器

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PCB 版图:

(1)原理图:

电源适配器

(2)PCB 版图:

电源适配器

 

电源适配器

 

电源适配器

3.2、变压器绕制工艺:

(1)变压器电性及结构示意图:

电源适配器

 

电源适配器

(2)规格参数:

1)骨架:EE22 立式加宽(7PIN),Ae=58.2mm²;

2)材质:TDK PC95 或同等材质;

3)初级、反馈: 2UEW 漆包线

4)次级: 三层绝缘线

5)绝缘胶带:3M1298 或同等材质

6)初级绕组感量Lp:1.5mH±5%(测试条件:0.25V,1kHz);

7)漏感量LLK:要求控制在初级绕组的5%以内(测试条件:0.25V,10kHz))

8)耐压测试= 3KV 5mA 1Min

9)成品要求:浸凡立水

(3)变压器参数:

电源适配器

3.3、元器件清单:

电源适配器

04、性能测评

样机性能主要是针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:

本样机经过在不同的输入电压(从90VAC 到264VAC)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 、无负载待机功耗

电源适配器

表2、输出PCB 板端测试100%载下的输入特性

电源适配器

表3、输出板端测试的效率特性:

电源适配器

4.2、输出特性:

注:以下数据均为板端测试:

4.2.1 线性调整率和负载调整率:

表4、线性调整率和负载调整率

电源适配器

4.2.2、输出电压纹波及噪音:

注:纹波及噪音在输出板端测得,在此线端并联10uF/50V 电解电容和0.1uF/50V CBB 电容,示波器带宽限制为20MHz。

表5、电压纹波测试:

电源适配器

纹波噪声波形图:

电源适配器

Fig1 R&N@ AC90V/60Hz,9V3A no load 

电源适配器

Fig2 R&N@ AC90V/60Hz,9V3A 100% load

电源适配器

Fig3 R&N@ AC264V/50Hz,9V3Ano load

电源适配器

Fig4 R&N@ AC264V/50Hz,9V3A 100% load

4.3、保护功能:

以下测试过流保护、短路保护功能。

4.3.1、过流保护:

电源适配器

4.3.2、短路保护:功率计限流电流为2.5A

电源适配器

4.4、动态测试:

注:输出动态负载电流设置为10%持续5ms/10ms,然后为90%持续5ms/10ms并持续循环,上升/下降设置为3A/uS。

电源适配器

 

电源适配器

Fig5 AC90V/60Hz,5ms 9V3A 

电源适配器

Fig6 AC264V/50Hz,5ms 9V3A

电源适配器

Fig7 AC90V/60Hz,10ms 9V3A 

电源适配器

Fig8 AC264V/50Hz,10ms 9V3A

4.5、系统延时时间测试:

注:AC 端(绿色)、VO 输出端(蓝色)波形图。

电源适配器

 

电源适配器

TON_DELAY @ AC100V,100% Load 

电源适配器

TON_DELAY @ AC240V,100% Load

电源适配器

TON_DELAY @ AC100V,100% Load 

电源适配器

TON_DELAY @ AC240V,100% Load

电源适配器

VOVER_SHORT @ AC100V,No Load 

电源适配器

VOVER_SHORT @ AC240V,No Load

05、其它重要波形测试

DRAIN(绿)端、CS(蓝色)端波形图:

电源适配器

AC90/60Hz,9V3A 100% Load 

电源适配器

AC115/60Hz,9V3A 100% load

电源适配器

AC230/50Hz,9V3A 100% load 

电源适配器

AC264/50Hz,9V3A 100% load

电源适配器

AC90/60Hz,9V3A 100%load 输出Vds 

电源适配器

AC264/50Hz,9V3A 100%load 输出Vds

06、温度测试

测试条件:40℃环境下满载测试。

电源适配器

07、EMI 评估测试

7.1 测试条件:

输入:230VAC50Hz

输出:9V3A

负载类型:电阻,限值标准参考:EN55013、EN55022B

电源适配器

传导L 线测试PK+AV 

电源适配器

传导N 线测试PK+AV

电源适配器

辐射测试PK+AV

7.2 

输入:110VAC50Hz

输出:9V3A

负载类型:电阻输出低接大地,限值标准参考:EN55013、EN55022B

电源适配器

传导L 线测试PK+AV 

电源适配器

传导N 线测试PK+AV

电源适配器

辐射测试PK+AV

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。

审核编辑 黄昊宇

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