Microsoft Word - DER-8366M-15-P014 _Ver2.0_基于PN8366的5V1A充电器应用方案

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1 标题 基于 PN8366 的 5V1A 充电器电源应用方案 输入电压 :90~264Vac 规格 输出功率 :5W 输出特性 :5V/1.0A 应用范围 文件编号 充电适配器电源产品 编写时间 编写部门 应用二部 版本号 V2.0 特性概述 : 单面板设计, 双面元器件, 尺寸 :40.8mm*31mm*15mm( 板上高度 ); 输入电压 :90~264Vac; 输出功率 :5W(5V1A); 待机功耗 :<50mW(264V) 启动时间 :<100ms(90V) 拥有输出短路保护, 输出过流保护, 输出欠压保护 (PCB 端 3.1V 以下 ),VDD 过压保护,FB 分 压电阻开路短路保护, 以及电流检测电阻 Rcs 开短路保护, 过温保护 ; 平均效率 :115V 和 230V 输入平均效率 (PCB 端 ) 满足六级能效 73.6%, 裕量充足 页码 : 1 / 34

2 内容目录 1. 电源介绍 电源规格明细 电源原理图 电路描述 PCB Layout 元件清单 变压器规格 电源输入输出情况和工作波形 电源 EMS 测试 电源 EMI 测试 电源温升测试 附录 页码 : 2 / 34

3 1. 电源介绍 该报告提供了一种基于 PN8366 设计输出 5V/1A 的开关电源 该报告包含了原理图, 电源输入输出规格,BOM 表和变压器参数以及安规和 EMI 测试数据等资料 以下为该电源的实物图片 : 2. 电源规格明细 项目描述 标号 Min Typ Max Unit 备注 输入 输出 输出功率 Vin V Vo V Io A Pout 5 W CC 点 待机功耗 Pin 50 mw Io=0A 纹波 120 mv 1.5m 24AWG 线端 输出并 10uF 和 0.1uF 页码 : 3 / 34

4 平均效率 η 75.6 % 115V,230V PCB 端平均效率 工作环境 Tamb 外部环境 页码 : 4 / 34

5 3. 电源原理图 L N Note: 具体参数以 BOM 为准 页码 : 5 / 34

6 4. 电路描述 该电路图中 R6,R5,R11 为反馈分压电阻, 通过辅助绕组检测次级的电压, 使输出电压维持在 5V D1,R3 以及 R4,C7 组成 RCD 箝位电路, 用于吸收功率 MOS( 集成于 PN8366 内部 ) 漏源端尖锋电 压 PN8366 内置高压启动功能, 可以在 200mS 以内完全启动 ; 当 PN8366 本体温度太高时, 其内置的 OTP 保护功能会及时动作, 关闭 IC, 以保护整个系统, 温度下 降之后再自动重启 ; 电路具有输出短路保护, 输出过流保护, 开环保护, VDD 过压保护等功能, 以提高整个系统的可靠性 ; 当反馈脚 FB 的分压电阻开路或短路时, 系统都会进入保护状态 ; 当 CS 脚短路 ( 或 Rcs 短路 ) 时系统会发生保护并进入 Latch 状态, 以确保系统不会被损坏 ; C1,L2,C2 组成 π 性滤波, 以改善 EMI 性能 ; 5. PCB LAYOUT PCB 为普通单面板工艺, 双面元器件, 铜厚 1OZ, 基材为 FR-4 PCB 长 40.8mm, 宽 31mm, 厚 1mm 污染等级符合 CLASS2 页码 : 6 / 34

7 页码 : 7 / 34

8 6. 元件清单 序号元件标号元件名称元件型号封装尺寸数量备注 1 BD1 2 C1 3 C2 4 C4 5 C5 6 C6 7 C7 8 C8 9 D1 10 D2 11 D3 整流桥电解电容电解电容贴片电容电解电容电解电容贴片电容贴片电容二极管二极管肖特基二极管 MB6F SMD SOPA uF/400V,Low ESR E/C uF/400V,Low ESR E/C uF/50V SMD uF/10V,Low ESR E/C uF/10V,Low ESR E/C nF/500V SMD nF/50V SMD D7(1N4007),0.5A1000V SOD F1M(FR107) SOD SR34 DO-214AA 1 12 FR1 线绕电阻 10R,1W, 线绕 1 13 L1 Bead LQM21FN4R7M80,4.7uH SMD L2 15 R1 色环电感 贴片电阻 1mH SMD R,1% 1 16 R2 贴片电阻 3.9R,1% SMD R3 贴片电阻 300K,5% SMD R4 贴片电阻 200R,5% SMD 页码 : 8 / 34

9 贴片电阻 8.2K,1% 19 R5 SMD R6 贴片电阻 39K,1% SMD R7 贴片电阻 6.8R,5% SMD R8 23 R9 24 R10 贴片电阻贴片电阻贴片电阻 33R,5% 2.2K,5% 4.7K,5% SMD SMD SMD R11 贴片电阻 120K,5% SMD T1 变压器 EE-13 卧式加长 5+2,1.85mH 1 27 U1 IC PN8366, SOP-7 1 页码 : 9 / 34

10 7. 变压器规格 7.1 绕法示意图 骨架 EE-13L 卧式加长 N1 N2 N3 N4 6 START 7.2 绕线结构 ( 起绕时 1-5 脚朝外, 位于左手侧, 顺时针绕 ) 绕组 起绕点 结束脚 线型 线径 圈数 外围胶带 绕法 N1 2 1 漆包线 2UEW TS 分 3 层密绕 N2 3 5 漆包线 2UEW TS 靠 1-5 脚密绕 N3 4 3 漆包线 2UEW TS 靠 1-5 脚密绕 N4 7 6 三重绝缘线 TEX-E TS 密绕 备注 : 1) Bobbin & Core 采用 EE13 TDK PC40 或相当材质的磁芯 ; 剪掉 5 脚 1/2 页码 : 10 / 34

11 2) 2 脚到 1 脚电感量 :1.85mH (50KHz,1V); 漏感 : 小于 100uH(50KHz,1V); 3) 胶带宽度 8mm, 每层胶带圈数请按规格绕制 ; 5) 气隙一定要磨磁芯中柱, 不能垫气隙 ; 6) 变压器磁性采用 Φ0.23mm 的漆包线连接到 Pin3, 然后用绝缘胶带固定磁芯 ; 7) 浸漆 ; 8) 输入输出耐压 AC3750V,5mA,1min; 页码 : 11 / 34

12 8. 电源输入输出特性和工作波形 所有测试, 包括电气特性和安规, 如非特别标注, 输出线都采用 1.5m 24AWG; 1) Input power when standby Input Power Pin(mW) InputPower(mw) Input power when No Load PN Vac (V) 页码 : 12 / 34

13 2) Efficiency Note:1. 测试点为 PCB 端, 2. 测试过程中需要热机, 待输出电压不再上升, 输入功率不再下降的条件下再读取输入功率 Io(A) Vo(V) Po(W) Pin(W) Efficiency AVG. 六级能效标准 90V/50HZ 115V/50HZ 230V/50HZ 264V/50HZ % % % % 75.71% % % 63.6% % % % 77.20% 73.6% % % 63.6% % % % 77.16% 73.6% % % % % % 76.45% % 页码 : 13 / 34

14 Efficiency (%) 82.0% 80.0% 78.0% 76.0% 74.0% Efficiency versus Vo-PN8366(PCB) 230Vac 115Vac 六级能效标准 72.0% Io (A) 页码 : 14 / 34

15 Note:1. 线材为 1.5m 24AWG 2. 测试结果由 PCB 端数据参考 24AWG 线阻 Ω/m 换算得出 Io(A) Vo(V) Po(W) Pin(W) Efficiency AVG. Efficiency 六级能效 标准 90V/50HZ 115V/50HZ 230V/50HZ 264V/50HZ % % % % % % % % % % % % % % % % 73.28% 74.72% 73.6% 74.65% 73.6% 73.96% 页码 : 15 / 34

16 3) CC-CV 特性 Note:1. PCB 端 Io(A) 90Vac Io(A) 115Vac Io(A) 230Vac Io(A) 264Vac 备注 : 在 CC 工作状态下且系统 PCB 电压低于 3V 时,PN8366 会进入保护状态 页码 : 16 / 34

17 5.5 I-V Curve-PN8366(5V1A PCB) Vo(V) Vac 115Vac 230Vac 264Vac 4.75V 5.25V Io(A) 页码 : 17 / 34

18 4) Startup Figure 1. VIN = 90 VAC, Full Load-1 Figure 2. VIN = 90 VAC, Full Load-2 AC- Blue 100V/div VDD- Blue 5V/div Vo- Pink 1V/div Drain-Pink 50V/div Vo-Green 1V/div 90V/50HZ 满载开机启动时间 83.5ms 50ms/div Io-Red 500mA/div 20ms/div(200us/div zoom1,20us/div zoom2) Figure 3. VIN = 264 VAC, Full Load-1 Figure 3. VIN = 264 VAC, Full Load-2 AC- Blue 200V/div VDD- Blue 5V/div Vo- Pink 1V/div Drain-Pink 100V/div Vo-Green 1V/div 264V/50HZ 满载开机启动时间 68ms Io-Red 500mA/div 页码 : 18 / 34

19 50ms/div 20ms/div(200us/div zoom1,20us/div zoom2) 页码 : 19 / 34

20 5) Ripple Note: 测试点为 1.5m 24AWG 线端, 输出并 1 颗 10uF/50V 电解电容和 1 颗 104 瓷片电容 Figure 5. VIN = 90VAC, 空载 Figure 6. VIN =90VAC, 满载 Vo-Green 20mV/div Vo-Green 50mV/div 5ms/div 5ms/div(50us/div zoom) Vpk-pk=12.0mV Vpk-pk=88mV Figure 7. VIN = 264VAC, 空载 Figure 8. VIN =264VAC, 满载 Vo-Green 20mV/div Vo-Green 50mV/div 5ms/div 5ms/div(50us/div zoom) 页码 : 20 / 34

21 Vpk-pk=17.2mV Vpk-pk=84mV 页码 : 21 / 34

22 6) Dynamic Load Note:1. 测试点为 1.5m 24AWG 线端 2. 电流的上升和下降斜率为 250mA/us Figure 9. VIN = 90VAC, 0~1A, 5ms/5ms Figure 10. VIN = 264VAC, 0~1A, 5ms/5ms Vo-Green 1V/div Vo-Green 1V/div Io-Red 500mA/div Io-Red 500mA/div 10ms/div 10ms/div Vo-min.=4.72V Vo-min.=4.64V Figure 11. VIN = 90VAC, 0~1A, 10ms/10ms Figure 12. VIN = 264VAC, 0~1A, 10ms/10ms Vo-Green 1V/div Vo-Green 1V/div Io-Red 500mA/div Io-Red 500mA/div 20ms/div 20ms/div 页码 : 22 / 34

23 Vo-min.=4.68V Vo-min.=4.56V 页码 : 23 / 34

24 7) Output Short Protection Figure 13. VIN = 90VAC, Short Protection Figure 14. VIN = 264VAC, Short Protection VDD- Blue 5V/div VDD- Blue 5V/div Drain-Pink 50V/div Drain-Pink 100V/div Io-Red 500mA/div Io-Red 500mA/div 100ms/div(200us/div zoom) 100ms/div(200us/div zoom) 8) Drain and Schottky Voltage Figure 15. VIN = 264 VAC, 满载 Figure 16. VIN = 264 VAC, 满载 Drain-Pink 100V/div Schottky-Blue 10V/div Vo-Green 1V/div 10ms/div(20us/div zoom) 10ms/div(20us/div zoom) Vmax.=552V Vmin.=-33.2V 页码 : 24 / 34

25 9) Transformer Flux Density Figure 17. VIN = 90 VAC, 满载 Figure 18. VIN = 264 VAC, 满载 Vcs-Blue 100mV/div Vcs-Blue 100mV/div 50us/div(2us/div zoom) BMAX=(Ipk*L)/(NP*Ae) =(0.578/1.595*1.85)/(135*17.1)*1000 =0.290Tesla 50us/div(500ns/div zoom) BMAX=(Ipk*L)/(NP*Ae) =(0.572/1.595*1.85)/(135*17.1)*1000 =0.287Tesla 页码 : 25 / 34

26 9. 电源 EMS 测试 9.1 EFT Test Electrical Fast Transient/Burst Measurement Results Test Site TR2 Temperature 26 C EUT: PN8366 5V1A Charger Humidity : 48%RH M/N: Barometric Pressure 101.3kPa S/N: Input Voltage: 220V,50Hz Test Mode: Normal operation Standard: EN 55024: 1998+A1: 2001+A2: 2003, IEC : 2004 Measurement Equipment: Immunity Test System (M/N: EMCPro) (Cali. Due Date: ) CCL (M/N: CCL) (Cali. Due Date: ) Input a.c. power ports (Tr/Th: 5/50ns, Repetition Frequency: 5kHz) Inject Line Polarity Test Level (kv) Test Duration (second) Inject Performance Test Result Method criterion criterion Result Observation L Direct B A Pass Note L Direct B A Pass Note N Direct B A Pass Note N Direct B A Pass Note L+N Direct B A Pass Note L+N Direct B A Pass Note Note: There was no change compared with initial operation during the test. Result: EFT 通过 4KV,5KHZ 页码 : 26 / 34

27 9.2 Surge Test Surge Immunity Test Results Test Site TR2 Temperature 24 C EUT: PN8366 5V1A Charger Humidity : 42%RH M/N: Barometric Pressure 101kPa S/N: Input Voltage: 230 V, 50 Hz Standard: EN 55024:2010; IEC :2005 Measureme nt Equipment: Inject Line Immunity Test System (M/N: EMCPro) (Cali. Due Date: ) Coupler/Decoupler Telecom Line (M/N: CM-TELCD) (Cali. Due Date: N/A) Coupler/Decoupler Signal Line (M/N: CM-I/OCD (Cali. Due Date: N/A) Polarit y Input a.c. power ports [Tr/Th: 1.2/50us (8/20us)] Angle (degre e) Test Level (kv) Test Interval (second) Performanc e criterion Test Result criterion Result Observation L+N B A Pass Note1 L+N B A Pass Note1 L+N B A Pass Note1 L+N B A Pass Note1 L+N B A Pass Note1 L+N B A Pass Note1 L+N B A Pass Note1 L+N B A Pass Note1 Note1: There was no change operated with initial operating during the test. Result: Surge 通过 L-N 2KV 页码 : 27 / 34

28 9.3 ESD Test EUT PN8366 5V1A Humidity 36%RH Barometric M/N Pressure 101kPa S/N Input Voltage 230V, 50Hz Test Mode Normal Operation Standard EN 55024: 2010, IEC : 2008 Measurement Equipment ESD Simulator (M/N: dito) (Cali. Due Date: ) Test Location Air Discharge (10 Per Test Point) Test Level (kv) & Test Result criterion Performance criterion Result Observation 1 A A A A Pass Note 2 A A A A Pass Note Test Location Contact Discharge (25 Per Test Point) Test Level (kv) & Test Result criterion Performance criterion Result Observation 1 A A A A Pass Note 2 A A A A Pass Note Result: 接触 8KV, 空气 15KV PASS 页码 : 28 / 34

29 10. 电源 EMI 测试 1) CE Test 此电源产品传导性能能够满足 EN55022_CE_Mains_ClassB 的测试标准,CE 裕量大于 6.0dB 3 到 5M 频段的上翘和 10M 尖峰是由于测试环境的原因, 因此, 读点不预参考 Limit: EN55022_CE_Mains_ClassB EUT: PN8366 5V1A Charger Margin: Line dB Power: AC 230V/50Hz Limit: EN55022_CE_Mains_ClassB EUT: PN8366 5V1A Charger Margin: Neutral dB Power: AC 230V/50Hz 页码 : 29 / 34

30 页码 : 30 / 34

31 2) RE Test Limit: EN55022_RE(3m)_ClassB Probe: AC3_10m Comparison( MHz) EUT: PN8366 5V1A Charger Margin: -7.65dB(PK) Polarity: Horizontal Power: AC 230V/50Hz No Mark Frequency Measure Reading Over Limit Probe Cable Amp Ant Table Type (MHz) Level Level Limit (dbuv/m) (db/m) (db) (db) Pos Pos (dbuv/m) (dbuv) (db) (cm) (deg) 1 * PK PK PK PK PK Note: 1. All Readings below 1GHz are Quasi-Peak, above are performed with peak and/or average measurements as necessary. 2. " * ", means this data is the worst emission level. 3. Measurement Level = Reading Level + Factor(Probe+Cable-Amp). 页码 : 31 / 34

32 Limit: EN55022_RE(3m)_ClassB Probe: AC3_10m Comparison( MHz) EUT: PN8366 5V1A Charger Margin: -6.44dB(PK) Polarity: Vertical Power: AC 230V/50Hz No Mark Frequency Measure Reading Over Limit Probe Cable Amp Ant Table Type (MHz) Level Level Limit (dbuv/m) (db/m) (db) (db) Pos Pos (dbuv/m) (dbuv) (db) (cm) (deg) 1 * PK PK PK PK PK Note: 1. All Readings below 1GHz are Quasi-Peak, above are performed with peak and/or average measurements as necessary. 2. " * ", means this data is the worst emission level. 3. Measurement Level = Reading Level + Factor(Probe+Cable-Amp). 页码 : 32 / 34

33 11. 电源温升测试 45 环温, 无风, 带壳, 空气自然对流, 输出带 USB-A, 外壳尺寸 :46.3*35.6*22.8mm 温度单位 : 检测 USB 线 1.5m 20AWG 端的电压 ( 包括 USB 接口的接触阻抗 )(V) Vin Vo(V) Io(A) 外壳 变压器铁芯 USB 肖特基 IC 页码 : 33 / 34

34 12. 附录 PN8366 封装和脚位配置图 : 页码 : 34 / 34

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