释放芯能力 加速国产替代 这份电源适配器方案干货十足-电源适配器电路原理

概述

在我们之前的文章，我们给大家介绍过基于思睿达主推的CR5218SF10.5W充电器方案。该方案AC90V满足启动时间的条件下，实现AC264V样机待机功耗<75mW；典型输入电压时平均效率>82%。

接下来，我们将带的是另一个方案，该方案的样机是一款全电压实现12V1A输出的电源适配器，控制IC采用了思睿达主推的CR5218SG。那么，这个方案有何不同呢？

1、样机介绍

该测试报告是基于能适用于宽输入电压范围且可恒压恒流输出的12W电源适配器样机，控制IC采用了思睿达主推的CR5218SG。

CR5218SG_12V1A工程样机示意图

CR5218SG芯片

CR5218SG是一款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。CR5218SG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。

CR5218SG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。

芯片特性

●内置快速启动，省启动电阻

●内置自供电功能，省供电二极管

●原边检测拓扑结构，无需光耦和431

●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

●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

●高功率密度封装，四引脚散热

●SOP-8L绿色封装

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

典型应用

双绕组应用电路

三绕组应用电路

管脚排列

管脚描述

样机PCBA尺寸：53*35*19mm，是一款全电压实现12V1A输出的电源适配器。AC90V满足启动时间的条件下，实现AC264V样机待机功耗仅为53mW；同时效率能够满足最严格的“COC_V5_T2”能效标准；全电压可实现±5%的CC/CV输出精度。

整机（含套件外壳）可满足40℃环境温度满载温升测试要求。样机具良好的恒流输出效果；同时具有“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EE16W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：

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：

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：

3.1.2 元器件清单：

3.1.3 PCB 布局&布线：

PCB 顶层布局&布线

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：EF1610加宽立式（5+5PIN）,Ae＝38mm²,槽宽5.5mm；

2）材质：TDK PC40或同等材质；

3）N1、N2：2UEW漆包线；N3：三层绝缘线；

4）次级绕组从变压器顶端进出线，磁芯接地

5）绝缘胶带:3M900或同等材质；

6）初级绕组感量Lp：1550uH±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= 3KV 5mA 1Min；

9）成品要求:浸凡立水；

3.2.3 变压器参数:

3.2.4 变压器结构示意图：

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

表2 输出100%负载下的输入特性

表3 效率测试（1.5M 24AWG Cable）

表4 效率测试（PCB END）

表5能效等级评估（1.5M 24AWG Cable）

4.2 输出特性：

4.2.1 线性调整率和负载调整率: （1.5M 24AWG Cable）

4.2.2 输出恒流特性：

4.2.3 输出电压纹波：

注：纹波及噪声在1.5M 24AWG 处测试，测试端并联0.1uF/50V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 过流保护及恒流特性

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。

4.4 系统温升测试

本项测试评估成品样机（含配套塑料外壳）在40℃环境温度下长时间工作时关键器件的稳态温度值。测试条件：输入电压分别为90V~264V，输出电流1A。

测试样机及配套外壳

温升测试：

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

VOVER_SHOOT@ AC100V，100% Load

VOVER_SHOOT@ AC240V，100% Load

4.6 动态测试：

注：输出动态负载电流设置为10%到90%，并持续循环，电流上升/下降率设置为0.25A/us。

AC90V/60Hz

AC264V/50Hz

4.7 其它重要波形测试：

C 端（红色）、CS 端（浅蓝色）波形图：

AC90/60Hz，100% load

AC115/60Hz，100% load

AC230/50Hz，100% Load

AC264/50Hz，100% load

AC264/50Hz 输出肖特基

AC264/50Hz 输出短路C/CS

4.8 EMI 评估测试：

测试条件：

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）

AC115V/60Hz L 相

AC115V/60Hz N 相

AC230V/50Hz L 相

AC230V/50Hz N 相

AC115V/60Hz 辐射

AC230V/50Hz 辐射

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。