解锁一份高效率低功耗的5V2A充电器方案

随着移动设备的普及和多样化，消费者对充电需求不断增加。为了满足用户对充电效率和成本的需求，我们将介绍一份基于思睿达主推的CR52178SF_5V2A充电器解决方案，该方案AC264V输入待机功耗<75mW，平均效率>73.7%，能够满足“能源之星V2.0 VI级能效”与欧洲COCT2标准，以下是方案的具体内容。

 

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10W，恒压输出的工程样机，控制 IC 采用了思睿达主推的CR52178SF。

 

 

CR52178SF_5V2A 工程样机示意图

 

CR52178SF 芯片

CR52178SF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。CR52178SF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。

 

CR52178SF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。

 

主要特点

 

● 内置快速启动省启动电阻，省 FB 下偏电阻，自供电省供电二极管 

● 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，可编程 CC/CV 模式控制 

● 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 

● 高功率密度封装，四引脚散热

 

基本应用

 

● 电源适配器

● 蜂窝电话充电器

● LED驱动器

● 替代线性调整器和RCC

典型应用

 

双绕组应用电路

三绕组应用电路
管脚排列

SOP-8L管脚描述

 

 

该样机大小41.4mm×31.9mm，AC264V输入待机功耗<75mW，平均效率>73.7%，能够满足“能源之星V2.0 VI级能效”与欧洲COCT2标准；具有“软启动、OCP、SCP、OTP、OVP自动恢复”等多种保护功能；由振荡电路产生的频率抖动，可以改善EMI特性。

 

样机的变压器，采用了EE1510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：

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PCB 版图：

 

（1） 原理图：

 

（2） PCB 布局图：

 

 

3.2 变压器绕制工艺：

 

（1）变压器电性及结构示意图：

 

 

（2）规格参数：

 

1）骨架：EF1510 卧式（7PIN）,Ae＝38mm²；

2）材质：TDK PC40 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:3M 1298 或同等材质

6）初级绕组感量Lp：1.4mH±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= 3785V 5mA 3Min

9）成品要求:浸凡立水抽真空

(3)、变压器参数:

3.3 元器件清单：

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:

 

表2、 输出端测试100%载下的输入特性

表3、输出端测试的效率特性:

4.2 输出特性：

 

注：以下数据均为板端测试；

 

4.1.2 线性调整率和负载调整率：

 

表4 线性调整率和负载调整率:

4.2.2 输出电压纹波：

 

注：纹波及噪音在板端测得，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

纹波噪声波形图：

Fig1 R&N @ AC90V/60Hz,no load

 

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

Fig3 R&N @ AC264V/50Hz,no load

Fig4 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：功率计限流电流为2.5A

4.4 动态测试：

 

注：输出动态负载电流设置为1.8A持续5ms/10ms，然后为0.2A持续5ms/10ms并持续循环，上升/下降设置为1A/uS。

 

 

AC90V @ 5ms

 

AC90V @ 10ms

 

AC264V @ 5ms

 

AC264V @ 10ms

 

4.5 系统延时时间测试：

 

注：AC 端（绿色）、VO输出端（蓝色）波形图。

 

TON_DELAY  @ AC90V，100% Load

 

TON_DELAY @ AC264V，100% Load

THOLD_UP @ AC90V，100% Load

 

THOLD_UP @ AC264V，100% Load

 

VOVER_SHORT @ AC90V，No Load

 

VOVER_SHORT @ AC264V，No Load

 

05

其它重要波形测试

DRAIN（绿）端、CS（蓝色）端波形图：

 

AC90/60Hz，100% Load 

 

AC115/60Hz，100% load

 

AC230/50Hz，100% load

 

AC264/50Hz，100% load

 

AC264/50Hz，100%load 输出二极管 Vds

 

06

温度测试

测试条件：40℃环境下满载测试。

 

07

EMI评估测试

测试条件： 
输入：230VAC50Hz 输出电流：2A 负载类型：电阻 限值标准参考：EN55013、EN55022B

传导 L 线测试 PK+AV 

传导 N 线测试 PK+AV

辐射测试 PK+AV输入：115VAC50Hz 输出电流：2A 负载类型：电阻 限值标准参考：EN55013、EN55022B

传导 L 线测试 PK+AV 

传导 N 线测试 PK+AV