高效率、低成本的60W电源适配器方案是怎样的？这里有答案

思睿达小妹妹

+ i4 _9 X+ {: Z4 F5 x
+ N, I: Q5 O) o& ~本文是基于思睿达主推的CR6890H 60W电源适配器方案，该方案除了具有良好的动态负载能力；同时具有“软启动、OCP、SCP、OVP、OTP自动恢复”等多种保护功能，最重要的是效率高、成本低，可完美匹配行业需求。
: i. v/ L# m/ v. F1 U$ Q3 ]
) T. ~1 a) S" G4 ]01、样机介绍

该报告是基于能够适用于宽输入电压范围，输出功率60W，恒压输出的电源适配器样机，PWM控制IC采用了思睿达主推的CR6890H。
1 f/ ?$ r* W2 m# t) u

CR6890H_20V3A 工程样机示意图

CR6890H 芯片

CR6890H是一款高集成度、低待机功耗的CCM+PFM 混合电流模式PWM 控制器。CR6890H 轻载时会降低频率，最低频率22kHz 可避免音频噪声。CR6890H 提供了完整的保护功能，如cycle-by-cycle 电流限制、OCP、OTP、VDD_OVP、UVLO 等，还可以通过PRT脚分别精确设置外置过温保护和输出电压过压保护。软启动功能可以减少系统启动时MOSFET 的应力，前沿消隐时间简化了系统应用。通过频率抖动和软驱动电路的设计，降低开关噪声，简化了EMI 设计。CR6890H 提供SOT23-6L的封装。

* V3 I" Y+ r' E( l. [) R; [6 V特性
0 i7 ]( N5 a' A! n' y, i
8 m- L9 f5 w0 z$ J- ]" h较低的启动电流 (大约3μA)

内置软启动减少MOSFET应力

带有Peak_load 升频功能；

CCM+PFM控制模式
. H  U! q5 \" y+ O) G
内建同步斜坡补偿，消除次谐波震荡

% K( R$ F! |7 L5 z4 H7 a9 m3 I4 _0 V内建频率抖动功能，降低EMI
2 \. Q5 l3 n# }: \7 a2 [: I
* f- m% Y7 U6 Z" g# K  n内置65kHz开关频率
) F% y  B) C; Z* D
: r- l" x0 B  L: q7 S轻载降低工作频率
1 c7 i8 e$ s* D7 h# k
15ms倍频模式
% y1 O$ d- |# P. B5 s" `% F/ \
可编程外置过温保护并进入latch

VDD过压保护和输出过压保护功能并进入latch

! z6 _( i; s4 \" s- P内置前沿消隐电路
& F7 S% [3 c' i( e3 y8 g: y1 j
1 w' G% y- c4 H% s内置输出二极管短路保护

; j0 [+ h9 \3 n8 u* Q3 J1 ~内置过温保护并进入latch
3 V" @! _: L8 o( E4 q  Y5 p3 d, B; ^
过载保护

2 s  b6 q3 _, Z. i" r( c; OSOT23-6L封装

  q# D" Z4 j  }5 D+ y电路结构简单、较少的外围元器件，适用于小功率AC/DC 电源适配器、充电器。

基本应用
4 D. X. }. B+ r) P! S" e
# b: z+ ^7 _4 g9 k6 L4 \AC/DC适配器

电机类适配器
) u9 X$ F) E& \* c
; W/ w) E2 u2 r7 y充电器

存储设备电源
- o. H7 Y+ J( F$ @0 n5 p6 P
典型应用
- D  a, B2 x# L$ j

3 Z5 t% R4 Z5 }0 _6 k管脚排列

! U3 t- q( N5 z; l0 k

管脚描述

  U& h' R5 G! e; v

5 f; E1 F0 d2 Y1 M- y% r1 L6 E样机PCBA尺寸：107*45*28mm，是一款全电压实现20V3A输出的电源适配器。90VAC满足启动时间的条件下AC264V样机待机功耗<58mW；全电压输入时平均效率>89.2%；输出接18AWG1.5米线能够满足“COC_T2” 能效标准。

样机具有良好的动态负载能力；同时具有“软启动、OCP、SCP、OVP、OTP自动恢复”等多种保护功能。
3 E& F7 y& M$ d! L2 j
4 w$ N& K5 ]. w' Z/ ~样机的变压器，采用了PQ2620磁芯（PC40材质），变压器绕制工艺部分，请见后文详细说明。

02、样机特性

以下表格为工程样机的主要特性，具体测试方法在第4 章节中有详细说明。
% s$ e% p6 F5 Y! X3 ^7 K* l
! K8 |/ {6 i, z2.1、输入特性：
* l* w) r! ~9 a8 Q5 s6 Z

' }* [7 h# H4 N9 O5 G( G
2.2、输出特性(PCB END)：
6 G( i  ^( W; y: t8 L, D5 G$ u

2.3、整机参数：

% Y# j1 m' g3 Z/ {! X6 N2.4、保护功能测试：
- z0 W, x$ _: D

" W( s: p- o% Z1 @2 {- b. A; [1 ~2.5、工作环境：
- y: Y3 b& U: n  V0 N# e$ ]

: g- p9 G+ y3 a" R) n1 a* s; n
; ?% J7 b+ @& e: `: g; A2.6、测试仪器：

03、样机结构信息

. j( J+ }0 a, c) ~6 ^: q" @本小节展示了工程样机的电路、版图结构，变压器结构及工艺。

3.1、电路原理图及BOM：

' w& F3 G4 t0 K' Y% K- @9 B3.1.1、原理图：

3.1.2、元器件清单：
* _4 m' j. \: J2 {% C! K0 f

3.1.3、PCB 布局&布线：

PCB 顶层布局

PCB 底层布局

8 J  F1 T6 _# l

PCB 底层布线

3.2、变压器绕制工艺：

9 t2 p: y( ~! b2 v/ n8 _; D+ W* v3.2.1 电路示意图：

# k# r$ e+ K" B) ]) O; H2 [3.2.2 、规格参数：

5 m3 I) h; a$ |8 T' O1）骨架：PQ2620 磁芯（5+5PIN）,Ae＝119mm²；
1 [7 c- p7 n; F2 w. ]0 @: J2）材质：TDK PC40 或同等材质；
1 R: A6 E  p7 ?# V7 [: X5 _; G1 O- S3）初级、反馈: 2UEW 漆包线；次级: 三层绝缘线；
( S: Q  l5 Q. Q% [4）N1 N6 N7 绕组从变压器针脚B 进线从顶部A 出线，磁芯接地；
# }! q' a. i" I0 E8 r5）绝缘胶带:3M900 或同等材质；
6 x! t8 c% g8 |- c6）初级绕组感量Lp：0.6mH±5%（测试条件：0.3V，10kHz）；
: u) Q3 J8 a2 G0 c: j7）漏感量LLK：要求控制在初级绕组的5%以内(测试条件：0.3 V，10kHz）)；
8）耐压测试= 3.3KV 5mA 1Min；
9）成品要求:浸凡立水；
7 k5 I( v2 [; H- g3 D
- Y* P; A1 c9 T$ j9 {$ }3.2.3、变压器参数:
  X1 J5 y1 U) @
! w$ c/ v7 I+ U! \' U' M

3.2.4、变压器结构图：

. u, b$ Q" L! t# ~/ }04、性能测评

本小节对工程样机的输入部分、输出部分、各种保护以及一些时序进行了测试，以下详解了测试方法及结果。从测试结果来看，以下各项测试均合格，能够满足大部分客户的要求。
" Y6 l# u; H$ _- c7 a, K" q
4.1、输入特性：

本模板经过在不同的输入电压(从90V/60Hz 到264V/50Hz)和不同负载条件（空载和满载）下测试，得到待机功耗、效率及平均效率。

  C2 g% n- u" F表1 待机功耗
/ i* x& N9 m" s5 u$ A! [# }

( \6 o6 I7 [. M/ v( ~9 ?( `/ y$ j表2 输出接1.5M 18AWG Cable100%负载下的输入特性

0 }3 U; i5 J6 ?表3 效率测试（1.5M 18AWG Cable）
1 F7 i% o6 O  T, R& h9 X  w8 _' A

表4 效率测试（PCB END）
/ P5 x- F' H+ a* g( a1 g

表5 能效等级评估（1.5M 18AWG Cable）

; E) E9 W' S. [2 Y5 c6 j9 {4.2、输出特性：
' o8 Y3 g% g& J& \# M
; i5 K# Y! J- p# Z  z2 F7 b/ Q4.2.1、线性调整率和负载调整率: （ 1.5M 18AWG Cable ）
/ w6 j; W8 v+ z8 R+ x7 u" I' r

1 X; c6 A( u% [0 t' s
4.2.2、输出电压纹波：
: M+ M8 k- ]7 p, B! ]
注：纹波及噪声在1.5M 18AWG 处测试，测试端并联0.1uF/50V 的瓷片电容和10uF/50V 电解电容，带宽限制为20MHz。

( u. n+ x- w% _5 l' \+ i; f# L

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

R&N @ AC90V/60Hz,100% Load

R&N @ AC264V/50Hz,No Load

& s0 f9 S1 x1 B9 f; {! Q) q

R&N @ AC264V/50Hz,100% Load

4.3、保护功能：
2 k5 j: @5 ?# U/ s
以下涉及过流保护、短路保护的测试。
* m  ?7 J# P, ^' J
! C$ R7 {/ w% Z- f$ V2 g4.3.1、过流保护：

. m1 r/ W- M5 Z5 O5 J4.3.2、短路保护：

功率计电流量程2.0A,开启平均值模式测量。
) _% ~8 d0 x" G1 [9 L% T6 H% B

4.3.3、Peak_load 功能测试：

该项测试输出电流设置从A=3A 到B=7A，20mS 周期动态带载，上升/下降幅度设置3A/uS。
! f! P" }7 U# v" k
) S7 f9 D" c, X- k3 j  T) I

AC115V 发波周期12.6mS，Vo 最低15.6V

AC115V Peak_load 功能升频151.52KHZ

0 l, T6 c# |/ K: i8 T) I$ O' W

AC230V 发波周期11.2mS，Vo 最低18.2V

0 v2 J  U3 ^% ?) Y7 C

AC230V Peak_load 功能升频151.52KHZ

5 D  F3 O; ^9 M$ g4.4、动态测试：

' t2 @, D& p% G7 C; I: R( H. K输出动态负载电流设置为3A 持续5ms/10ms，然后为0A 持续5ms/10ms 并持续循环，上升/下降设置为0.25A/us。(1.5M 18AWG Cable)
* ]1 u0 Y, G" D9 S0 C

AC90V_5ms

AC90V_10ms

1 R: c% a3 r: A: b$ ^$ k. B

AC264V_5ms

3 o# H# F/ D! Z

AC264V_10ms

4.5、系统延时时间测试：
& K# F; s3 T! z3 o

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

5 ]0 r2 w( t" L) j& A: e, p7 g1 s

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

( G/ o1 G! ~6 R- y- \& K

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

. a& M) l' Q: x. N, [4.6、其它重要波形测试：

AC90/60Hz，100% Load CS 波形

# g3 Q& g' X2 K: x

AC230/50Hz，100% Load Gate 波形

AC264/50Hz，100% Load 输出肖特基波形

* ^  x) w, R0 c1 n% _7 E

AC264/50Hz，100% Load MOS-D 端波形

05、温升测试
8 I/ `0 x' h9 P" g" ^% I
测试条件：带外壳在40℃环温下长时间带载3A 老化。

. g% X1 D+ M7 `: o5 x1 e% e

* x* g% Y: }# l2 a1 ^06、EMI 评估测试

测试条件：

输入：AC115V/230V；水泥电阻阻值6.67Ω，带线1.5M 18AWG 测试；
! ?' A' K$ z0 P. Y6 v+ \限值标准参考：EN55013、EN55022B。（测试结果仅供参考）

. z6 W* c1 w" ?" L( j& _" \9 H* H

AC115V 传导L 相

AC115V 传导N 相

AC230V 传导L 相

AC230V 传导N 相

' p2 X; v) y. R% Q- i8 }3 M3 @

AC115V 辐射

AC230V 辐射