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提高電源適配器設(shè)計(jì)效率與可靠性的小秘訣在這~

思睿達(dá)工業(yè)通信芯方案 ? 2021-11-29 14:36 ? 次閱讀

上一篇文章中,我們介紹了基于思睿達(dá)主推CR6348的12W電源適配器方案。本文,我們將介紹基于思睿達(dá)主推CR52177SC5WUSB 電源適配器方案。究竟有什么強(qiáng)大之處呢?一起來揭曉吧!

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5W,恒壓恒流輸出的USB 電源適配器樣機(jī),控制IC采用了思睿達(dá)公司的CR52177SC。e6c3394e-4e19-11ec-ab6c-dac502259ad0.png

e748f156-4e19-11ec-ab6c-dac502259ad0.png

CR52177SC_5V1A 工程樣機(jī)示意圖

關(guān)于CR52177SC

CR52177SC是一款外圍應(yīng)用電路極度簡化的高性能原邊檢測控制的PWM 開關(guān),具有快速啟動功能,啟動時(shí)間更短。CR52177SC內(nèi)部采用了多模式控制的效率均衡技術(shù),用于減少芯片系統(tǒng)待機(jī)功耗和提升效率,同時(shí)采用了初級電感量補(bǔ)償技術(shù)和內(nèi)部集成的輸出線電壓補(bǔ)償技術(shù),保證了芯片在批量生產(chǎn)過程中CC/CV 輸出精度,內(nèi)置的全電壓功率自適應(yīng)補(bǔ)償技術(shù)保證了系統(tǒng)在全電壓范圍(90V~264V)內(nèi)輸出恒定的功率??梢怨ぷ髟陔p繞組和三繞組應(yīng)用系統(tǒng)下,自供電功能保證芯片能夠在任何條件下正常工作,極簡的外圍應(yīng)用仍然能夠保證電源系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠工作。CR52177SC集成了多種功能和保護(hù)特性,包括欠壓鎖定(UVLO),軟啟,過溫保護(hù)(OTP),逐周期電流限制(OCP),F(xiàn)B 引腳開路和懸空保護(hù),輸出短路保護(hù),前沿消隱等,使得芯片具有更高的可靠性。

1、主要特點(diǎn)

  • 極簡外圍應(yīng)用電路

  • 內(nèi)置快速啟動,省啟動電阻

  • 內(nèi)置自供電功能,省供電二極管

  • 省FB端下偏電阻

  • 內(nèi)置峰值電流檢測,省電流采樣電阻

  • 原邊檢測拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),無需光耦和TL431

  • 全電壓范圍內(nèi)高精度恒壓和恒流輸出

  • 采用多模式控制的效率均衡技術(shù)

  • 內(nèi)置輸出線電壓補(bǔ)償功能

  • 內(nèi)置初級電感量偏差補(bǔ)償功能

  • 內(nèi)置全電壓功率自適應(yīng)補(bǔ)償功能

  • 內(nèi)置過溫度保護(hù)功能

  • 內(nèi)置FB開路和短路保護(hù)功能

  • 內(nèi)置前沿消隱

  • 逐周期過流保護(hù)

  • SOP-7L綠色封裝

2、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

  • 替代線性調(diào)整器和RCC

3、典型應(yīng)用

e817876e-4e19-11ec-ab6c-dac502259ad0.png?e8a5d8ac-4e19-11ec-ab6c-dac502259ad0.png

4、管腳排列

e8fb8d24-4e19-11ec-ab6c-dac502259ad0.png

5、管腳描述

e95019ca-4e19-11ec-ab6c-dac502259ad0.png

6、應(yīng)用范圍

e9b4953a-4e19-11ec-ab6c-dac502259ad0.png*實(shí)際最大功率必須保證足夠的集電極散熱面積,測試條件40℃環(huán)境溫度。

該樣機(jī)是一款基于CR52177SC設(shè)計(jì)的,全電壓實(shí)現(xiàn)5V1A輸出的USB電源充電器。設(shè)計(jì)緊湊,體積小,成本低,效率高,性能好。PCBA尺寸僅為:33*29*17mm;樣機(jī)在AC90V滿足啟動時(shí)間的條件下,實(shí)現(xiàn)AC264V待機(jī)功耗<64mW;典型平均效率75%;能夠滿足最嚴(yán)格的能效標(biāo)準(zhǔn)“COC_T2”;全電壓可實(shí)現(xiàn)±3%的CC/CV輸出精度;具有“軟啟動、OCP、SCP、OTP自動恢復(fù)”等多種保護(hù)功能。樣機(jī)的變壓器,采用了EE13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:ea0b0a3c-4e19-11ec-ab6c-dac502259ad0.png?2.2、輸出特性(PCB END):ea9be07a-4e19-11ec-ab6c-dac502259ad0.png?2.3、整機(jī)參數(shù)eb07d8fc-4e19-11ec-ab6c-dac502259ad0.png?2.4、保護(hù)功能測試:eb88d2ea-4e19-11ec-ab6c-dac502259ad0.png?2.5、工作環(huán)境:ebe54296-4e19-11ec-ab6c-dac502259ad0.png2.6、測試儀器:ec346952-4e19-11ec-ab6c-dac502259ad0.png?

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:ecbd8a34-4e19-11ec-ab6c-dac502259ad0.png?3.1.2、元器件清單:

ed13c994-4e19-11ec-ab6c-dac502259ad0.png

3.1.3、PCB 布局&布線:ed9917f2-4e19-11ec-ab6c-dac502259ad0.pngPCB 頂層布局ede2ba1a-4e19-11ec-ab6c-dac502259ad0.pngPCB 底層布局&布線3.2、變壓器繞制工藝:3.2.1、電路示意圖:ee518602-4e19-11ec-ab6c-dac502259ad0.png?3.2.2、規(guī)格參數(shù):1)骨架:EE13(5+5PIN),Ae=17.1mm2;2)磁芯材質(zhì):TDK PC40 或同等材質(zhì);3)N1、N2、N3: 2UEW 漆包線;N4: 三層絕緣線,出線加黑/白特氟龍?zhí)坠?/span>(A 白/B 黑)4)絕緣膠帶:3M900 或同等材質(zhì);5)磁芯中柱開氣隙,初級感量Lp:2000uH±5%(測試條件:0.3V,10kHz);6)漏感量LLK:要求控制在初級繞組的5%以內(nèi)(測試條件:0.3V,10kHz));7)耐壓測試= 3KV 5mA 1Min8)成品要求:真空含浸3.2.3、變壓器參數(shù):eeb92d52-4e19-11ec-ab6c-dac502259ad0.png?3.2.4 變壓器結(jié)構(gòu)圖:ef55cc20-4e19-11ec-ab6c-dac502259ad0.png??

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)載條件下測試,得到待機(jī)功耗、效率及平均效率。表1:待機(jī)功耗efbf89f8-4e19-11ec-ab6c-dac502259ad0.png?表2:輸出100%負(fù)載下的輸入特性f00f7bc0-4e19-11ec-ab6c-dac502259ad0.png?表3:效率測試(PCB END)f075ad1e-4e19-11ec-ab6c-dac502259ad0.png?表4:效率測試(USB END)f0e9bd3a-4e19-11ec-ab6c-dac502259ad0.png?表5:能效等級評估(PCB END)f15398ea-4e19-11ec-ab6c-dac502259ad0.png?4.2、輸出特性:4.2.1、線性調(diào)整率和負(fù)載調(diào)整率:f1ecaf58-4e19-11ec-ab6c-dac502259ad0.png?4.2.2、輸出恒流特性:f24db4c4-4e19-11ec-ab6c-dac502259ad0.png?4.2.3、輸出電壓紋波&噪聲:注:紋波及噪聲在USB 端測試,同時(shí)測試端口并聯(lián)0.1uF/50V 的瓷片電容10uF/50V 電解電容,帶寬限制為20MHz。f2c7e9d8-4e19-11ec-ab6c-dac502259ad0.png?f32f321e-4e19-11ec-ab6c-dac502259ad0.pngR&N @ AC90V/60Hz,No Loadf38d4926-4e19-11ec-ab6c-dac502259ad0.pngR&N @ AC90V/60Hz,100% Loadf405e5b6-4e19-11ec-ab6c-dac502259ad0.pngR&N @ AC264V/50Hz,No Loadf47ab85a-4e19-11ec-ab6c-dac502259ad0.pngR&N @ AC264V/50Hz,100% Load4.3、保護(hù)功能: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):f4b8a8fe-4e19-11ec-ab6c-dac502259ad0.png?4.3.2、短路保護(hù):f52d9b14-4e19-11ec-ab6c-dac502259ad0.png?4.4、溫升測試:40 攝氏度恒溫箱滿載極限溫升測試被測樣機(jī)加裝專用塑料外殼后,至于密閉塑料容器內(nèi),測試樣機(jī)IC,變壓器,肖特基二極管溫度。以下溫度為平衡后的溫度。f582caee-4e19-11ec-ab6c-dac502259ad0.png?4.5、動態(tài)測試:輸出動態(tài)負(fù)載電流設(shè)置為0.9A 持續(xù)5ms/10ms,然后為0.1A 持續(xù)5ms/10ms并持續(xù)循環(huán),上升/下降設(shè)置為3A/uS。f5ebdaca-4e19-11ec-ab6c-dac502259ad0.png?f63818ea-4e19-11ec-ab6c-dac502259ad0.pngAC90V 5msf681a8e8-4e19-11ec-ab6c-dac502259ad0.pngAC90V 10msf6d10ef6-4e19-11ec-ab6c-dac502259ad0.pngAC264V 5msf764ba7a-4e19-11ec-ab6c-dac502259ad0.pngAC264V 10ms4.6、系統(tǒng)延時(shí)時(shí)間測試:f79dfc86-4e19-11ec-ab6c-dac502259ad0.png?f7fb584a-4e19-11ec-ab6c-dac502259ad0.pngTON_DELAY @ AC100V,100% Loadf851ef8e-4e19-11ec-ab6c-dac502259ad0.pngTON_DELAY @ AC240V,100% Loadf8bfe3b8-4e19-11ec-ab6c-dac502259ad0.pngTHOLD_UP @ AC100V,100% Loadf910e128-4e19-11ec-ab6c-dac502259ad0.pngTHOLD_UP @ AC240V,100% Load4.7、其它重要波形測試:f94a4e72-4e19-11ec-ab6c-dac502259ad0.pngAC264V/50Hz,100% Load, DRAIN 端592Vf9ab8ffc-4e19-11ec-ab6c-dac502259ad0.pngAC264V/50Hz,100% load, 肖特基32.2V

05

EMI評估測試

測試條件:輸入:AC115V/230V;輸出負(fù)載:5Ω/50W;限值標(biāo)準(zhǔn)參考:EN55013、EN55022B。(輻射測試結(jié)果僅供參考)fa0ba18a-4e19-11ec-ab6c-dac502259ad0.pngAC115V 傳導(dǎo)L 相fa810c86-4e19-11ec-ab6c-dac502259ad0.pngAC115V 傳導(dǎo)N 相fa91876e-4e19-11ec-ab6c-dac502259ad0.pngAC230V 傳導(dǎo)L 相faf9482c-4e19-11ec-ab6c-dac502259ad0.pngAC230V 傳導(dǎo)N 相fb30c52c-4e19-11ec-ab6c-dac502259ad0.pngAC115V 輻射測試fb86169e-4e19-11ec-ab6c-dac502259ad0.pngAC230V 輻射測試

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