小功率電源在有限空間實現高效率低EMI、低成本？我們有對策

作者：屈工有話說

隨著電子系統變得越來越密集和相互連接程度越來越高，工程師不斷面臨著提高效率，同時降低成本、減小尺寸和電磁干擾 (EMI) 的壓力。因此，有必要采用既滿足客戶需求、同時具有高效率，低成本且易于集成的EMI整改技術。本文我們將通過案例分析來分享整改的解決思路。

以下圖片為測試樣機圖片：

CR52168SG樣機圖片

【應用】替代線性調整器和RCC/圣誕燈、LED驅動器/小功率電源適配器/蜂窩電話充電器

【規格】5V1.5A

【控制IC】CR52168SG

關于CR52168SG

產品概述

CR52168SG一款應用于小功率AC/DC充電器和電源適配器的高性能離線式脈寬調制控制器。該芯片采用原邊檢測和調整的拓撲結構，因此在應用時無需TL431和光耦。芯片內置恒流/恒壓兩種控制方式。

在恒流控制時，最大輸出電流和輸出功率可以通過CS引腳的限流電阻RCS設定。在恒壓控制時，內置恒壓采樣電路以及高精度的誤差比較器基準電壓保證了芯片的高性能和高精度。此外，內置線損補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工作電流，芯片待機功耗低于75mW。

CR52168SG針對各種情況設計了一系列完善的保護措施，包括逐周期峰值電流限制、VDD過壓保護、FB開路保護、輸出短路保護、前沿消隱、過溫保護、電源鉗位和欠壓鎖定功能。在FB上拉電阻開路，FB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，使得芯片具有 更高的可靠性。

主要特點

●低啟動電流

●恒壓精度可達±5%、恒流精度可達±5%

●全電壓范圍內高精度恒壓和恒流輸出

●動態負載響應功能

●可編程CC/CV模式控制

●高能效QR控制模式

●內置初級電感量偏差補償功能

●內置輸出線電壓補償功功能

●內置全電壓功率自適應補償功能

●無音頻噪音控制技術

●VDD端過壓、欠壓保護功能

●VDD端鉗位電路

●內置輸出過壓保護功能

●內置FB開路、短路保護功能

●內置輸出二極管開路、短路保護功能

●內置前沿消隱電路

●逐周期電流限制

●過載保護功能

●過溫保護功能

●SOP-8L綠色封裝

基本應用

●小功率電源適配器

●蜂窩電話充電器

●圣誕燈、LED驅動器

●替代線性調整器和RCC

典型應用

管腳排列

管腳描述

【問題描述】

由于客戶要使用3米長的粗線導致效率遠不達標，增大效率后EMI又未能達到要求。

由圖可見，雖然EMI傳導通過，但帶線測試后的AC115V平均效率為75.93%，而客戶要求需要滿足六級能效76.65%。

【解決思路】

01、選擇高效的元件：確保所選的電源元件（如開關管、二極管、電感器和電容器）具有較低的損耗和較高的效率?？梢酝ㄟ^查閱廠商的參數手冊或咨詢專業人士來選擇最合適的元件。

02、優化拓撲結構：選擇適當的開關電源拓撲結構，如Boost、Buck、Flyback等，以滿足設計需求，并具有較高的效率。不同拓撲結構在不同的負載條件下有不同的效率表現。

03、降低開關損耗：通過減小開關管的導通和關斷損耗來提高效率?？梢圆捎煤线m的開關頻率和調整元件的驅動電壓和電流來實現。

04、優化變壓器：通過更改變壓器的匝比或圈數可以用來更改效率、傳導、輻射、開關頻率、等方面。

05、減少盡頭損耗：在電源布局中，要設計合理的PCB布線方式，以降低線路電阻和電感，減少盡頭損耗。

06、優化PCB布局：通過優化PCB布局可以減少元器件的相互干擾或地線的干擾來達到降低EMI的效果，并通過配合更改變壓器來達到需求。

【調通要點】

由于客戶要求低成本，并且已經確定了使用反激拓撲結構來做，為了低成本考慮，所以我們的第一選擇是優化變壓器。由于效率差了需求將近一個點，因此我們初步使用三明治繞法來提高效率，以下是更改三明治繞法后的效率及EMI。

可以看到，雖然效率提上來了能滿足需求，但三明治繞法的缺陷也一覽無余，EMI十分超標。由于EMI超標太多，通過改善外圍電路的方法已經不現實，大概率無法對EMI有很大的影響，于是要對板子重新layout，通過改變電源布局以及配合三明治變壓器來解決。

此圖為重新layout的圖片，因為客戶整機空間太小，導致芯片和變壓器太靠近AC端，交流干擾嚴重影響到了EMI效果，現重新layout調整芯片位置。因為板子空間非常有限，變壓器只是微動了下，layout后可能仍然存在很大的干擾，因此還要重新尋找合適的變壓器結構。

【最終結果】

該圖為整改后的EMI以及效率圖片，舍棄一些EMI來提高效率，通過對板子重新layout以及整改變壓器，效率及EMI都能達到需求。

關于思睿達微電子

思睿達是專注于ADC、DAC、PoE和DC/DC芯片級解決方案的高科技企業，目前同步推廣啟臣微全系列產品，希望將啟臣15年在電源行業這份積淀，這份堅持發揚光大。思睿達同時也可以提供芯片級定制服務。

審核編輯 黃宇