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36W(18V2A)碳化硅电源方案CX716+CX80TS065+CX7538D隔离反激充电器适配器方案

09/26 16:02
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18V2A 这一档适配器,器件余量由两个工况决定:90Vac 输入时原边电流最大,主开关的应力要按这一档算;外壳密闭时热量散不出去,温升先到上限。下面这套参考设计就是按这两个条件做的:CX716 做控制器外驱,CX80TS065 做主开关,CX7538D 做同步整流,三颗分立,SiC 管和同步整流都能换封装。输出采用副边光耦加 TL431 反馈,90–264Vac 全压带 36W。效率、应力、温升、EMI 都有实测数据,出自诚芯微 36W DEMO 设计指南 VER1.0。

方案特点与适用场景

全压 36W:90–264Vac 输入范围内都能带 36W,不是只在高压段成立

SiC 管余量:800V 耐压,264Vac 满载实测漏极电压 524V

封装可换:SiC 管有 TO-252 与 TO-220F,要挂散热器就换 TO-220F

驱动对得上:CX80TS065 要 18V 开通,CX716 的 GATE 输出正好 18V

能效好过六级:平均效率 90.91% @115Vac、91.00% @230Vac,门槛 88.303%

待机 47mW / 87mW:限值 100mW

适用机型:

18V 输出的适配器与小家电辅助电源

扫地机、加湿器、智能马桶一类外壳密闭的家电内置电源

路由器、机顶盒、智能家居网关的供电模块

安防摄像头电源

电动工具、清洁电器的充电座

LED 恒压驱动(要恒流时 SEL 脚接 10–47nF 电容)

需要说清楚的一点:这套是外驱分立路线,副边反馈要留光耦(EL1018)和 TL431,器件数比合封方案多。换来的是 SiC 管的耐压、导通电阻和封装都能按机型单独挑。

系统方案与关键参数

典型规格

输入电压:90–264Vac,47–63Hz

输出:18V / 2A(36W),输出电压范围 17.1–18.9V

输出过流点:2.4A

输出纹波:小于 120mV

启动时间:小于 3s

电压调整率 / 负载调整率:±2%

平均效率:90.91% @115Vac,91.00% @230Vac(目标值 >88.303%)

待机功耗:47mW @115Vac,87mW @230Vac(限值 100mW)

EMI:通过 EN55032 Class B 与 FCC Class B,余量 6dB 以上

能效等级:DOE & CoC 六级

拓扑

反激 + 副边同步整流。控制器是电流模式 PWM,开关频率 100kHz 由内部设定,带 ±4% 抖频。它不是准谐振,变压器和吸收回路按固定频率的电流模式算。

电路要点

原边:CX716 + 整流桥 ABS210 + π 型 EMI 滤波(X 电容 CX1、共模电感 LF1 UU9.8 25mH、LF2 220uH)+ 压敏电阻 MOV1 + NTC。SiC 管 Q1 用 CX80TS065,TO-252。

变压器:骨架 ETQ2013A(6+2+2PIN),磁芯 TDK PC95,原边与副边隔离,高压测试 3750Vac / 5mA / 10s。

副边:CX7538D 同步整流,输出电容用固态 470uF/25V(EC3)并 470uF/25V(EC4)。CX7538D 的 VCC 由输出电压直接供,次级不用绕辅助绕组。

反馈:EL1018 光耦 + TL431,光耦供电并联一颗 102K 电容(C9)能改善输出电压调整率。

三颗核心器件参数

CX716 控制器

封装:SOT23-6

控制方式:电流模式 PWM,固定 100kHz,±4% 抖频(周期 32ms)

驱动:GATE 图腾输出,驱动能力 400mA,输出高电平 18V,内部 18V 箝位

前沿消隐 250ns,软启动 2ms

VDD 欠压保护:开启 21V,关断 11V;VDD 过压保护 31V,内部 35V 箝位

逐周期电流限制:恒压模式 1.0V 阈值,恒流模式 1.2V 阈值

短路保护:输出关闭进入打嗝模式,可自恢复

过载保护:FB 超过 3.6V 持续 75ms 触发

过热保护:150℃ 关断,140℃ 恢复

恒流功能(可选):SEL 脚接 10–47nF 电容到 GND,恒流精度 ±5%、恒压精度 ±1%;SEL 悬空为纯恒压

有一处要外围补:CX716 没有输入欠压/掉电(brown-in / brown-out)保护,客户规格要求输入端掉电立即关输出的,得在外面单独做。

CX80TS065 碳化硅功率管

封装:TO-252

耐压:800V

导通电阻:650mΩ(VGS = 18V,典型值)

连续电流:7A(TC = 25℃)

结温上限:175℃

开通栅压:18V

要更大电流余量时换 CX80DS026(260mΩ,TO-220F);只换封装不动参数时换 CX80DS065(650mΩ,TO-220F),静态参数与 CX80TS065 相同。三颗 SiC 管耐压都是 800V。

CX7538D 同步整流

封装:SOP-8L

耐压:100V

导通电阻:10.8mΩ(典型值)

支持 DCM / CCM 工作

VCC 由输出电压直接供电,次级免辅助绕组

36W CX716+CX80TS065+CX7538D 测试报告

测试条件:

Input Voltage:90Vac ~ 264Vac,47–63Hz

Output:18V / 2A

环境温度:25.8℃(90Vac)/ 25.7℃(264Vac),满载输出,密闭电源壳中测试

效率与待机功耗

输入 负载 输入功率 输出电压 输出电流 效率
115Vac 2.000A 39.65W 17.858V 2.010A 90.53%
115Vac 1.500A 29.68W 17.858V 1.509A 90.78%
115Vac 1.000A 19.76W 17.858V 1.009A 91.17%
115Vac 0.500A 9.93W 17.858V 0.507A 91.16%
115Vac 10% 负载 4.25W 17.858V 0.214A 90.09%
230Vac 2.000A 39.19W 17.858V 2.010A 91.59%
230Vac 1.500A 29.51W 17.858V 1.509A 91.31%
230Vac 1.000A 19.77W 17.858V 1.008A 91.06%
230Vac 0.500A 10.04W 17.858V 0.506A 90.05%
230Vac 10% 负载 4.37W 17.858V 0.214A 87.61%

平均效率:115Vac 90.91%,230Vac 91.00%(目标 >88.303%,判定 PASS);10% 负载 90.09% / 87.61%(目标 >78.303%,判定 PASS);待机 0.047W @115V、0.087W @230V(限值 0.1W,判定 PASS)。

115Vac 的最高效率点在 1A 负载(91.17%),不在满载;230Vac 的最高点在满载(91.59%)。写规格书时别一律写成满载最高。

关键器件应力

输入 工况 SiC 管 Vds 同步整流管
90Vac 满载启动 223V 38.6V
115Vac 满载启动 252V 47.0V
230Vac 满载启动 468V 83.9V
264Vac 满载启动 484V 86.0V
90Vac 满载工作 280V 55.1V
115Vac 满载工作 304V 51.5V
230Vac 满载工作 484V 81.0V
264Vac 满载工作 524V 88.2V
264Vac 输出短路 416V 91.1V
264Vac 输出空载 520V 83.9V

264Vac 满载工作 524V,对 800V 的 SiC 管还剩三成多。同步整流管最高出现在输出短路时,91.1V,额定 100V,余量 8.9V——次级管子耐压别往下压。

短路测试

四个输入点都测了输出短路:90Vac 时 SiC 管 204V、同步整流 38.5V;115Vac 时 240V / 50.0V;230Vac 时 368V / 80.3V;264Vac 时 416V / 91.1V。短路时 CS 波形正常,保护进打嗝模式,可自恢复。

温度测试

元件 90Vac 264Vac
SiC 管 CX80TS065 117.14℃ 118.50℃
同步整流 CX7538D 96.37℃ 102.98℃
输入共模电感 108.8℃ 73.2℃
变压器线包 91.3℃ 96.5℃
变压器磁芯 84.2℃ 89.12℃
输入电容 64.99℃ 67.14℃
输出电容 90.32℃ 91.20℃
环境温度 25.8℃ 25.7℃

密闭壳满载,最热的是 SiC 管 118.5℃,离 175℃ 结温上限还有空间。量产时 PCB 铜箔散热面积按这个数去校。

EMI 测试

测试条件:输入 230Vac,输出满载 18V2A。通过 EN55032 Class B,L 线与 N 线传导余量都超过 6dB。

变压器参数

骨架 ETQ2013A(6+2+2PIN),磁芯 TDK PC95,浸凡立水或绝缘漆,磁芯接 0.15mm×2 线到 PIN5 脚。

绕组 铜线×根数 起 止 圈数 胶带 备注
N1 Ø0.32×1(2UEW) 3 2 20 2 密绕 2 层
N2 Ø0.15×1(2UEW) 4 5 6 2 居中密绕 1 层
N3 Ø0.75×1 9 8 6 3 顶端起绕
N4 Ø0.15×2(2UEW) 5 NC 20 2 密绕 1 层
N5 Ø0.32×1(2UEW) 2 1 18 2 密绕 1 层

感量测试:3–1 脚,0.52mH ±5%

高压测试:3750Vac / 5mA / 10s,测试脚位(N1+N2+N4+N5)− N3

绕制:骨架顶部朝机台逆时针绕制,成品后 2 脚剪去 2/3;绕 N3 时 9 脚引线从顶端起绕,全部绕组完成后再返回 9PIN

5 脚留 2 根 0.15mm 线,长 25mm,与磁芯导通

BOM 关键器件

位号 名称 规格 封装
U1 控制器 CX716 SOT23-6
Q1 碳化硅 MOS CX80TS065 TO-252
U4 同步整流 CX7538D SOP-8
U2 光耦 EL1018 SOP-4
U3 稳压 IC TL431 SOT-23
T1 变压器 ETQ2013A(6+2+2PIN) 插件
BD1 整流桥 ABS210 ABS
EC1 电解电容 56uF 400V 16×20 插件
EC2 电解电容 4.7uF / 50V 5×11
EC3 固态电容 470uF / 25V 6×15
EC4 电解电容 470uF / 25V 8×15
LF1 共模电感 UU9.8 25mH 插件
LF2 共模电感 220uH 9×5×3
CX1 X 电容 104K 275V 插件
CY1 Y 电容 102K / 400V 插件
Y1 Y 电容 102M 400VAC Y5U 插件
MOV1 压敏电阻 14D681 插件
NTC1 NTC 1.5D-7 插件
F1 保险丝 T6.3AL / 250VAC 插件
F2 保险丝 T2A 250V 插件

整板 60 个位号,其中 C4、C7、C11、C12、R11 五个标注 NC 不贴装。未标注精度的电阻默认 5%。

PCB 布板要点

设计指南第 8 页给了 8 条,照抄:

主功率回路面积尽可能小,静/动态地分开走(Y1 / 变压器地 / IC 地分开走到输入大电容)

VCC 电容离 IC 太远时,加贴片电容(104)靠近 VDD 脚

同步 IC 接负端时,VCC 脚供电要单独从输出电容引线

内置功率高温器件注意散热面积

变压器和动点尽可能远离 AC PIN 端

同步整流优先放在负端

IC VCC 供电按略大于 18V 计算

光耦供电并联一个 102K 电容(C9)可优化输出电压调整率

文中参数与实测数据出自诚芯微 36W DEMO 设计指南 VER1.0 及三颗芯片的规格书,参数细节以诚芯微官方规格书为准。DEMO 板、设计指南与规格书可在诚芯微官网(www.cxwic.com)走样品申请流程获取。需要 48W 或更大电流余量的配置,把输出电压、电流与外壳尺寸发过来,按条件给对应的器件组合与变压器参数。

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