全電壓實(shí)現(xiàn)5V2.4A輸出的12W充電器方案

上一篇文章中，我們?yōu)樾』锇閭兘榻B了基于思睿達(dá)主推的CR5218SC_5V1.0A_EE13非標(biāo)DEMO演示。本文，將為大家介紹12W充電器方案，它是一款全電壓實(shí)現(xiàn)5V2.4A輸出的充電器。其中，控制IC采用了思睿達(dá)主推的CR5215SG+CR40V20RSA。那么，這個(gè)方案又有什么特點(diǎn)呢？我們接著往下看。

01、樣機(jī)介紹

該測試報(bào)告是基于一個(gè)能適用于寬輸入電壓范圍，輸出功率12W，恒壓輸出的充電器樣機(jī)，控制IC采用了思睿達(dá)主推的CR5215SG+CR40V20RSA。

CR5215SG+CR40V20RSA_5V2.4A 工程樣機(jī)示意圖

CR5215SG

CR5215SG是一款應(yīng)用于小功率AC / DC充電器和電源適配器的高性能離線式脈寬調(diào)制控制器。該芯片采用原邊檢測和調(diào)整的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，因此在應(yīng)用時(shí)無需TL431 和光耦。芯片內(nèi)置恒流/恒壓兩種控制方式。

在恒流控制時(shí)，最大輸出電流和輸出功率可以通過CS 引腳的限流電阻RS 設(shè)定。在恒壓控制時(shí)，內(nèi)置恒壓采樣電路以及高精度的誤差比較器基準(zhǔn)電壓保證了芯片的高性能和高精度。此外，內(nèi)置線損補(bǔ)償電路保證了從空載到滿載條件下輸出電壓精度。芯片還具有極低的靜態(tài)工作電流，芯片待機(jī)功耗低于75mW。

CR5215SG針對各種故障設(shè)計(jì)了一系列完善的保護(hù)措施，包括逐周期峰值電流限制、VDD 過壓保護(hù)、FB開路保護(hù)、輸出短路保護(hù)、前沿消隱、過溫保護(hù)、電源鉗位和欠壓鎖定功能。在FB上拉電阻開路，F(xiàn)B 下拉電阻短路，輸出二極管開路或者短路，變壓器繞組短路，CS 引腳電阻開路等故障條件下都能有效保護(hù)，使得芯片具有更高的可靠性。

芯片特性

● CR5215SG 是內(nèi)置700V 功率三極管，反激式QR 原邊控制PWM 功率開關(guān)；

● 內(nèi)置軟啟動(dòng)，內(nèi)置斜坡補(bǔ)償電路，內(nèi)置過功率補(bǔ)償；

● 較低的IC 功耗；

● 具有頻率抖動(dòng)功能，使其具有良好的EMI 特性；

● 多模式控制的能效均衡技術(shù)，低待機(jī)高效率滿足能效要求；

● 具有“軟啟動(dòng)、OCP、SCP、OTP、OVP 自動(dòng)恢復(fù)等保護(hù)功能；

● 電路結(jié)構(gòu)簡單、較少的外圍元器件，適用于小功率AC / DC 電源適配器、充電器。

基本應(yīng)用

●小功率電源適配器

●蜂窩電話充電器

●圣誕燈、LED驅(qū)動(dòng)器

●替代線性調(diào)整器和RCC

典型應(yīng)用

管腳排列

管腳描述

CR40V30RSA

芯片特性：

● 5V 輸出同步整流芯片，可工作于DCM 和QR 模式；

● 精簡外圍電路；

● 較低的工作電流和較高的系統(tǒng)效率滿足能效要求。

樣機(jī)PCBA尺寸：W*L*H=30*41.5*15.4mm，是一款全電壓實(shí)現(xiàn)5V2.4A輸出的充電器。AC100V滿足啟動(dòng)時(shí)間的條件下，實(shí)現(xiàn)AC264V樣機(jī)待機(jī)功耗僅為56mW；全電壓輸入時(shí)能夠滿足最嚴(yán)格的“COC_V5_T2” 能效標(biāo)準(zhǔn)；滿足EMI要求；全電壓可實(shí)現(xiàn)5%電壓、電流輸出精度。

樣機(jī)具有良好的恒壓、恒流輸出效果；同時(shí)具有“軟啟動(dòng)、輸出短路保護(hù)、OCP、SCP、OVP、OTP自動(dòng)恢復(fù)”等多種保護(hù)功能。

樣機(jī)的變壓器，采用了EF1510加厚磁芯（PC40材質(zhì)）。變壓器繞制工藝部分，請見后文詳細(xì)說明。

02、樣機(jī)特性

以下表格為工程樣機(jī)的主要特性，具體測試方法在第4 章節(jié)中有詳細(xì)說明。

2.1、輸入特性：

2.2、輸出特性(PCB END)：

2.3、整機(jī)參數(shù)：

2.4、保護(hù)功能測試：

2.5、工作環(huán)境：

2.6、測試儀器：

03、樣機(jī)結(jié)構(gòu)信息

本小節(jié)展示了工程樣機(jī)的電路、版圖結(jié)構(gòu)，變壓器結(jié)構(gòu)及工藝。

3.1、電路原理圖及BOM：

3.1.1 原理圖：

3.1.2、元器件清單：

3.1.3、PCB 布線：

3.2、變壓器繞制工藝：

3.2.1、電路示意圖：

3.2.2、規(guī)格參數(shù)：

1）骨架：EF1510 磁芯加厚,Ae＝40mm2；

2）材質(zhì)：TDK PC40 或同等材質(zhì)；

3）N1、N2、N4、N5: 2UEW 漆包線；N3: 三層絕緣線；

4）磁芯接地Pin5;

5）絕緣膠帶:3M900 或同等材質(zhì),寬度6mm 膠帶；

6）初級繞組感量Lp：1.0mH±5%（測試條件：0.3V，10kHz）；

7）漏感量LLK：要求控制在初級繞組的5%以內(nèi)(測試條件：0.3 V，10kHz）)；

8）耐壓測試= 3.3KV 5mA 1Min；

9）成品要求:浸凡立水；

3.2.3、變壓器參數(shù):

04、性能測評

本小節(jié)對工程樣機(jī)的輸入部分、輸出部分、各種保護(hù)以及一些時(shí)序進(jìn)行了測試，以下詳解了測試方法及結(jié)果。從測試結(jié)果來看，以下各項(xiàng)測試均合格，能夠滿足大部分客戶的要求。

4.1、輸入特性：

本模板經(jīng)過在不同的輸入電壓(從90V/60Hz 到264V/50Hz)和不同負(fù)載條件（空載和滿載）下測試，得到待機(jī)功耗、效率及平均效率。

表1 待機(jī)功耗(輸出含有假負(fù)載1.8KΩ)

表2 輸出100%負(fù)載下的輸入特性

表3 效率測試（PCB END）

4.2、輸出特性：

4.2.1、線性調(diào)整率和負(fù)載調(diào)整率：

4.2.2、輸出電壓紋波：

注：紋波及噪音在PCB 端測試，同時(shí)PCB 端并聯(lián)0.1uF/50V 的瓷片電容和10uF/50V 電解電容，帶寬限制為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、保護(hù)功能：

注：以下涉及過流保護(hù)、短路保護(hù)的測試。

4.3.1、過流保護(hù)：

4.3.2、短路保護(hù)：

4.4、動(dòng)態(tài)測試：

注：輸出動(dòng)態(tài)負(fù)載電流設(shè)置為2.4A 持續(xù)5ms/10ms，然后為0A 持續(xù)5ms/10ms 并持續(xù)循環(huán)，上升/下降設(shè)置為3A/uS。

AC90V @ 5ms

AC90V @ 10ms

AC264V @ 5ms

AC264V @ 10ms

4.5、系統(tǒng)延時(shí)時(shí)間測試：

注：AC 端（綠色）、VO 輸出端（藍(lán)色）波形圖。

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

4.6、IC 溫度測試數(shù)據(jù)：

在40℃環(huán)境下，滿載輸出測試結(jié)果

4.7、其它重要波形測試：

注：DRAIN（綠色）端、CS（藍(lán)色）端波形圖。

AC90/60Hz，100% Load

AC115/60Hz，100% load

AC230/50Hz，100% Load

AC264/50Hz，100% load

AC264/50Hz，Output Short

AC264/50Hz, Output diode

05、EMI 評估測試

測試條件：

輸入：AC115V/50Hz 、AC230V/50Hz；

輸出負(fù)載：2.083Ω/50W；

限值標(biāo)準(zhǔn)參考：EN55013、EN55022B。

AC115V/50Hz 傳導(dǎo)L 相

AC115V/50Hz 傳導(dǎo)N 相

AC115V/50Hz 輻射測試

AC230V/50Hz 傳導(dǎo)L 相

AC230V/50Hz 傳導(dǎo)N 相

AC230V/50Hz 輻射測試

審核編輯 黃昊宇