12V2A电源适配器

China Resources Powtech (Shanghai) Limited WWW.CRPOWTECH.COM Page 1 PT2202_AN01_REV1.0 基于 PT2202 的 24W AC-DC 开关电源 基本特性 电流控制模式的反激式开关变换器 交流 90～264V，50～60Hz 工作范围 平均效率和待机功耗均超过能源之星 V5.0 自动恢复的过流及负载短路保护功能 自动恢复的输出过压保护 工作环境温度 0～40℃，湿度 20%～80% 电原理图和实物照片 电路如图1，交流侧输入有2A保险丝F1和抗浪涌负温度系数热敏电阻NTC1。CX1和FL2 组成差共模EMI滤波器，BD1是全桥整流器，C1为高压母线电容。T1，Q1，D51组成反激式电 路架构，U1为电流控制型PWM控制IC。当接通交流市电，母线电压经由R3，R4为IC PT2202 提供启动电流，当VCC电压达到芯片启动电压，芯片开始工作，随着输出电压的上升，当变 压器辅助绕组正向电压超过芯片最低工作电压时，芯片供电电流开始主要由变压器辅助绕 组供电。二次侧芯片TL431提供反馈电压比较基准2.5V以及误差放大信号，经由光耦隔离放 大，产生原边的反馈控制信号FB，作为电流内环的一个比较基准，控制原边MOS管的峰值电 流，实现输出的恒压控制。R7，R8用于设置MOS管最大峰值电流，实现限功率控制。 图1 电原理图 China Resources Powtech (Shanghai) Limited WWW.CRPOWTECH.COM Page 2 PT2202_AN01_REV1.0 图2是电源的实物照片，45个元件安装在70×42.5×25mm的环氧单面印制板上，PCB走 线按照电力电子规范要求设计。 图2 实物照片 电气参数和 BOM 电源主要电气参数如1所示，表中开关频率为最高工作频率，满载测试条件。在全电 压输入范围内，实现额定功率24W输出，实际最大输出功率超过30W。表2是详细的材料清单， 为了保证质量，尽量选用推荐产商的元器件。 表 1：电气参数表 输入电压（Vac） 90～264 输入电流（A） <1 输入频率（Hz） 50-60 开关频率（KHz） 65 输出电压（V） 12 输出电流（A） 0～2 表 2：材料清单 序号 元件 名称 型号 厂商 1 BD1 整流桥 KBP206 PAN JIT 2 C1 铝电解电容 47uF/400V NICHICON 3 C2 陶瓷电容 2200pF/1KV AVX 4 C31 陶瓷电容 1uF/25V AVX China Resources Powtech (Shanghai) Limited WWW.CRPOWTECH.COM Page 3 PT2202_AN01_REV1.0 5 C32 陶瓷电容 22pF/50V AVX 6 C33 铝电解电容 22uF/50V NCC 7 C51 陶瓷电容 1000pF/1KV AVX 8 C52 铝电解电容 680uF/25V NCC 9 C53 陶瓷电容 100nF/25V AVX 10 CX1 X 电容 0.22uF/275V HUA JUNG 11 CY1 Y 电容 4700pF/250V MURATA 12 D1 快速恢复二极管 BYV26C VISHAY 13 D31 快速恢复二极管 FR107 VISHAY 14 D51 肖特基二极管 STPS41H100CT ST 15 D52 发光二极管 LED_0 EVERLIGHT 16 F1 保险丝 2.5A/250V Cooper 17 FL2 共模电感 16mH 18 Q1 功率场效应管 FQP8N60 INFINEON 19 R1，R2 SMD 电阻 1M（1206） TY-OHM 20 R3，R4 SMD 电阻 560K（1206） TY-OHM 27 R32 SMD 电阻 100K（0805） TY-OHM 24 R33 SMD 电阻 47R（0805） TY-OHM 25 R34 SMD 电阻 100R（0805） TY-OHM 26 R35 SMD 电阻 0R（1206） TY-OHM 21 R5，R6 SMD 电阻 200K（1206） TY-OHM 28 R51 SMD 电阻 100R（1206） TY-OHM 29 R52，R54 SMD 电阻 10K（0805） TY-OHM 30 R53 SMD 电阻 1k（0805） TY-OHM 31 R55 SMD 电阻 36K（0805） TY-OHM 32 R56 SMD 电阻 9.1K（0805） TY-OHM 22 R7 SMD 电阻 6.2 1%（1206） TY-OHM 23 R8 SMD 电阻 1R 1%（1206） TY-OHM 33 NTC1 热敏电阻 5ohm GE Infrastructure 34 T3 变压器 EI28 Crpowtech 35 U1 控制芯片 PT4201 Crpowtech 36 U2 光耦 PC817 VISHAY 37 U3 稳压三极管 TL431 ON China Resources Powtech (Shanghai) Limited WWW.CRPOWTECH.COM Page 4 PT2202_AN01_REV1.0 工作波形 1． 稳态输出电压，纹波电压 图3，图4分别为输入100Vac，输出为满载时输出电压波形和纹波电压波形。测量条件： 输出线0.5m，输出线末端并联22uF电解电容，测量线端电压。由图可见输出电压具有较好 的稳定性，纹波电压小于0.5V，输出电压在5%的电压调整范围之内。当输入电压为90～ 264Vac，输出为全负载范围，输出电压基本维持不变，具有良好的输入电压和负载调整率 特性。 图3 输出电压波形 图4 纹波电压波形 2． 动态负载输出电压波形 图5所示为动态负载情况下的输出电压波形，测试条件为输入100Vac，负载从半载到满 载跳变，跳变频率为1kHz，上升下降斜率为0.1A/uS，由图可见，电源具有很好的动态负载 电压调整率特性，响应时间和过冲都控制在较小的电压范围以内。 图5 动态负载输出电压波形 3． 满载，轻载，空载Vg，Vds波形 图6为输入100Vac，输出满载情况下，驱动Vg和MOS管漏源电压Vds波形，占空比为42.6%， 工作频率为61.7kHz，电路工作在临界连续模式，保证了较高的低压满载效率，参考表4。 China Resources Powtech (Shanghai) Limited WWW.CRPOWTECH.COM Page 5 PT2202_AN01_REV1.0 图6 驱动及MOS管漏源电压波形 图7为输入100Vac，输出0.5A情况下，驱动和MOS管漏极电压波形，工作频率60.2kHz， 电路开始工作在DCM降频模式，降低开关损耗，保证轻载时工作效率，参考表4。 图7 驱动及MOS管漏源电压波形 图8，图9为输入100Vac，输出空载情况下，驱动和MOS管漏极电压波形，电路工作在突 变模式，突变时间间隔6.32ms，减低开关损耗，因而降低了待机功耗，参考表3。脉冲工作 期间的工作频率为25.5kHz，避免了可能出现的音频噪声。 图8 突变模式电压波形 图9 驱动及MOS管漏源电压波形 China Resources Powtech (Shanghai) Limited WWW.CRPOWTECH.COM Page 6 PT2202_AN01_REV1.0 4． 输出上升，下降电压波形 图10，图11分别为输入100Vac，输出满载条件时输出上升，下降波形，上升时间为3.6ms， 下降时间为5.12ms，具有较快的输出响应特性。 图10 上升电压波形 图11 下降电压波形 5． 过流保护输出波形 图12为输入100Vac时的过流保护波形，CH1为采样电阻上电压波形，采样电阻0.25ohm， CH2为Vo，由图可知，当最大输出电流为2.5A左右时，电路检测到过流信号，进入突变工作 保护模式，当过流故障排除后，电路自动恢复正常工作。 图12 过流保护波形 6． 短路保护输出波形 图13为输入100Vac，输出短路情况下，输出电压波形，由图可知，短路情况下，电路 工作在突变工作模式，当短路故障排除后，电路能自动恢复正常工作。 China Resources Powtech (Shanghai) Limited WWW.CRPOWTECH.COM Page 7 PT2202_AN01_REV1.0 图13 短路保护波形 7． 过压保护输出波形 图14为输入100Vac，输出满载时的过压保护波形，图15为输入100Vac，输出空载时的 过压保护波形。当输出为满载时，将反馈接地电阻短路后，输出电压上升，由于受原边控 制IC限功率的控制，当Vo达到14V左右时，芯片进入过功率保护模式，当输出为空载时，将 反馈接地电阻短路后，输出电压上升，当Vo达到25V左右时，原边控制IC内部过压保护启动， 电路进入突变工作模式，当过压故障排除后，任何负载条件下，电路均能自动恢复正常工 作。 图 14 满载 OVP 图 15 空载 OVP 性能参数测试 1. 待机功耗 表 3 为空载效率，由表可见，230V 输入情况下，输入功率为 0.21W，待机功耗达到能 源之星 V5.0 标准（空载损耗<0.3W）。 China Resources Powtech (Shanghai) Limited WWW.CRPOWTECH.COM Page 8 PT2202_AN01_REV1.0 表 3：待机功耗 Input Voltage(Vac) Po(W) Energy Star V5.0 standard (W) Pin(W) Output Voltage(Vdc) 115 0 <0.3 0.07 12.35 230 0 <0.3 0.21 12.35 2. 满载和平均效率 表 4 为额定工作电压条件下的满载效率和平均效率测试结果， 图 16 为效率曲线图。 平均效率达到能源之星 V5.0 标准。（按照能源之星 V5.0 要求，24W 外部电源的平均效率大 于 82.9%） 表 4：满载效率和平均效率 Vin(Vac) Pin(W) Vout(V) Iout(A) Pout(W) Eff(%) Ave Eff(%) 115 7.16 12.32 0.5 6.22 86.87% 86.96% 14.1 12.3 1 12.37 87.73% 21.14 12.28 1.5 18.52 87.61% 28.64 12.26 2 24.52 85.61% 230 7.43 12.32 0.5 6.22 83.71% 85.80% 14.48 12.3 1 12.37 85.43% 21.25 12.28 1.5 18.52 87.15% 28.21 12.26 2 24.52 86.92% Efficiency Vs Po 60.00% 65.00% 70.00% 75.00% 80.00% 85.00% 90.00% 25% Po 50% Po 75% Po 100% Po Output Power E ff ic ie n c y 115Vac 230Vac 图16 效率曲线 China Resources Powtech (Shanghai) Limited WWW.CRPOWTECH.COM Page 9 PT2202_AN01_REV1.0 3. EMI 测试 图19为EMI测试结果，20MHz附近EMI较高，需要在交流输入侧增加高频共模电感抑制。 图19 EMI@220Vac