为你的设备注入动力的利器：60W电源适配器方案详解

思睿达工业通信芯方案 2023-11-28 779

描述

作为电子产品的重要组成部分，电源适配器的设计方案不仅关乎产品的性能和稳定性，还关乎产品的成本和市场竞争力。因此，工程师需要在各种因素之间进行平衡，找到最适合产品需求的电源适配器方案，来满足人们的多样化需求。本文将介绍基于思睿达主推的CR5843AS_20V3A电源适配器方案，其中CR5843AS是一款高集成、高性能电流型PWM控制器，该控制电路在整个负载范围内都有比较高的转换效率。以下为方案的详细内容：

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60W，恒压输出的电源适配器样机，PWM控制IC采用了思睿达主推的CR5843AS。CR5843AS_20V3A工程样机示意图

关于CR5843AS

CR5843AS是一款高集成、高性能电流型PWM控制器，该控制电路在整个负载范围内都有比较高的转换效率。芯片内部频率优化实现了优异的EMI效果，限制最小工作频率为22kHz，避免工作时产生噪声。CR5843AS提供了完整的保护功能，包括逐周期过流保护(OCP)，过载保护（ OLP），外部过温保护以及内部过温保护，输出二极管短路保护，输出过压保护和 VDD过压保护。
CR5843AS采用SOP-8L封装。

芯片特性

● SOP-8L封装的副边PWM反激功率开关；

● 可编程输入欠压保护；

● CCM+CRM+QR控制模式；

● 可编程外置过温保护，并触发Latch；

● 内置过温保护，并触发Latch；

● VDD过压和输出过压保护功能，并触发Latch；

● 内置软启动，减小MOSFET的应力，斜坡补偿电路；

● 内置X_CAP放电保护；

● 输出二极管短路保护，并触发Latch；

● 内置65kHz开关频率和内置140kHz倍频工作模式；

● 高压启动。

基本应用

● 开放式电源● 适配器

典型应用

管脚排列

管脚描述

样机PCBA尺寸：107*45*28mm，是一款全电压实现20V3A输出的电源适配器。90VAC满足启动时间的条件下AC264V样机待机功耗<52mW；全电压输入时平均效率>89.5；输出接18AWG1.5米线能够满足“COC_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PQ2620磁芯（PC40材质），变压器绕制工艺部分，请见后文详细说明。

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：

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
PCB底层布线
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：PQ2620磁芯（5+5PIN）,Ae＝119mm²；2）材质：TDK PC40或同等材质；3）初级、反馈: 2UEW 漆包线；次级: 三层绝缘线；4）N1 N6 N7绕组从变压器顶部A进线顶部B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：0.68mH±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：0.3V，10kHz）)；8）耐压测试=3.3KV 5mA 1Min；9）成品要求:浸凡立水；10）完成后在磁芯外围绕一圈8mm铜箔并接地。
3.2.3 变压器参数

3.2.4 变压器结构图：

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
表2 输出接1.5M 18AWG Cable100%负载下的输入特性
表3 效率测试（1.5M 18AWG Cable）
表4效率测试（PCB END）
表5能效等级评估（1.5M 18AWG Cable）
4.2 输出特性：
4.2.1 线性调整率和负载调整率:（1.5M 18AWG Cable ）

4.2.2 输出电压纹波：
注：纹波及噪声在1.5M 18AWG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。
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：
以下涉及功能保护的测试。
4.3.1 过流保护：

4.3.2 AC_Bo功能测试：
AC<71.6V 启动前，Gate（淡蓝色）不发波
AC<65.4V 关断后，Gate（淡蓝色）不发波
4.3.3 VOUT_OVP和VDD_OVP功能测试：
VDD_OVP 蓝色 VDD=32.6V 保护波形图
VOUT_OVP 绿色 Vout=23.4V 保护波形图
4.3.4 倍频模式功能测试：
该项测试输出电流设置从A=3A（10mS）到B=6A（10mS），上升/下降幅度设置0.25A/uS。
AC90V 输出电压Vo（绿色）最低17V
AC90V Peak_load功能升频147.1KHZ
AC264V 输出电压Vo（绿色）最低18.2V
AC264V Peak_load功能升频147.1KHZ4.4 动态测试：
输出动态负载电流设置为3A 持续5ms/10ms，然后为0A 持续5ms/10ms 并持续循环，上升/下降设置为 0.25A/us。(1.5M 18AWG Cable)
AC90V_5ms
AC90V_10ms
AC264V_5ms
AC264V_10ms
4.5 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
4.6 其它重要波形测试：AC90/60Hz，100% Load CS 波形
AC230/50Hz，100% Load Gate 波形
AC264/50Hz，100% Load MOS-D 端波形
AC264/50Hz，100% Load 输出肖特基波形