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

  ^4 t8 C% c+ M% \3 ~: m
1 c0 Y! U4 l- `% 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。

01、样机介绍
* y- i+ R  c9 {/ y9 h( H  i- T' K
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。

CR6890H_20V3A 工程样机示意图

6 Z3 `$ B0 q/ ]1 W! L; m3 R1 A( x. ~CR6890H 芯片
8 E3 U9 ~+ \1 n: l6 a
2 G' P6 ^5 a$ p2 e% m6 ZCR6890H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。

) [- h5 r! M/ o) H' H" H5 Z特性
8 {9 Y8 M. M$ y7 s+ `
较低的启动电流 (大约3μA)

内置软启动减少MOSFET应力

$ c, f6 s  D) f- v* Q; B6 ~7 @# j9 z带有Peak_load 升频功能；
$ J" u8 c/ l5 B# Y* t* L
2 ^9 W, [& b( x6 m2 HCCM+PFM控制模式
8 O! I# y# S9 S6 A# P* s
9 A( ^& F: l4 x3 @2 H% C内建同步斜坡补偿，消除次谐波震荡

内建频率抖动功能，降低EMI

内置65kHz开关频率

1 I1 Y9 V& ^0 e, I轻载降低工作频率
/ S7 u4 u" Z0 o9 N) q- X
5 b! l, `5 s# B& W# R4 R15ms倍频模式
1 T: v( j. \5 \* ?/ G
# o, i! C2 i0 a2 {/ p" f1 z) D可编程外置过温保护并进入latch

  b  o5 o5 J. G3 a! JVDD过压保护和输出过压保护功能并进入latch
% B* W$ R3 s& B
& g5 `0 Q7 v& n. z8 e  e! E内置前沿消隐电路
8 `; c- b- a; `+ p: x
内置输出二极管短路保护

内置过温保护并进入latch

+ H( {3 D% A+ F9 z/ a2 Z过载保护
: T* Q2 \* W; m  k; y; b  Y; t
7 v9 s( E1 S' d: N$ wSOT23-6L封装
% x0 `0 j0 o" o3 z3 \7 f
6 w7 E3 A# v# C! F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。
& V: _6 Z% F) x3 {& q; `# |
$ n5 I; I. t# i% ?基本应用
: ^8 v6 u8 C) R
AC/DC适配器

9 N# U8 w3 C1 }, C0 ]$ O4 t9 P# ]电机类适配器
, B2 @9 Y  R; w4 u1 r
充电器

存储设备电源
$ q& v: x9 }6 z( ^4 A
( t3 H$ F: O: W# Q: B典型应用
9 P0 }% D7 e- o$ X$ c6 J
' f/ M! C, N- W- }  ]  j0 @

) Y, k9 \; B% _5 l管脚排列

9 i: W) s! D# K

管脚描述
' R1 {  v5 h. d- V- b' }1 M
4 g# K' f8 m' v) 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。

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。

2.1、输入特性：
0 c) x1 _+ v) c* T' n6 l$ Y

0 z3 t: z; r8 A2 m2.2、输出特性(PCB END)：
! D& S" s2 h7 u3 r( c& ^- Z$ {  k

( O2 R1 o5 y/ x  R# W/ Y
2.3、整机参数：

2.4、保护功能测试：
/ `" g' l; u% n$ q8 B3 T+ F5 j

2.5、工作环境：
; m( W1 _6 X' l1 ~4 C5 [

/ q( _" S- k* M3 s& c
2.6、测试仪器：

03、样机结构信息

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。

: p: ~$ \' z% U* `+ K" X" W) w3.1、电路原理图及BOM：
) j1 j5 u' u* k- K: H2 `
3.1.1、原理图：
2 h7 Y- W( b5 G. k% y; F! T6 D
$ n8 e2 ^# ~( Y% `/ y

6 E" i- c) T/ _/ E3.1.2、元器件清单：

3.1.3、PCB 布局&布线：
, L, n) O9 c) j

PCB 顶层布局

PCB 底层布局

PCB 底层布线

3.2、变压器绕制工艺：

) ?* w, S; ^+ Z" p3.2.1 电路示意图：
5 ]* C$ {9 D, V7 j7 W

3.2.2 、规格参数：

9 w& a" Y  q- B5 j4 K1）骨架：PQ2620 磁芯（5+5PIN）,Ae＝119mm²；
2）材质：TDK PC40 或同等材质；
3）初级、反馈: 2UEW 漆包线；次级: 三层绝缘线；
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；
5）绝缘胶带:3M900 或同等材质；
% n  x- w/ S& c; j6）初级绕组感量Lp：0.6mH±5%（测试条件：0.3V，10kHz）；
- e7 C0 q; L! ^1 ^7）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）)；
/ S- w; T0 c2 ^2 c8）耐压测试= 3.3KV 5mA 1Min；
9）成品要求:浸凡立水；

- ~5 O! I+ \# z( {1 O- ^6 t3.2.3、变压器参数:
* F$ O! R$ B! l4 l$ X; j
. c7 @, u9 x! p1 y

3.2.4、变压器结构图：

( b; l/ E+ H3 }* e" I2 q+ M04、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。

7 E) z: I, s2 ~" i$ ?4.1、输入特性：
4 z; Q1 }1 _- y! O- S3 j1 Y2 x
% u! G& W& B6 f, b" E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。
, ?+ q4 q& p; n* `& w. Q2 A2 Z
表1 待机功耗

+ ~3 ^5 O3 ^4 @, o表2 输出接1.5M 18AWG Cable100%负载下的输入特性
$ m; U4 j9 @1 X9 Q

  p# W" ?6 l- N# q* b表3 效率测试（1.5M 18AWG Cable）

表4 效率测试（PCB END）

表5 能效等级评估（1.5M 18AWG Cable）

4.2、输出特性：

4.2.1、线性调整率和负载调整率: （ 1.5M 18AWG Cable ）

3 ^& w& [# r& w3 V, U/ c% u, d
" F; m2 t5 L! [4.2.2、输出电压纹波：

- n' q7 }7 Z1 m( p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。

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

' v6 b( X2 Q- Z/ s9 X

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

R&N @ AC264V/50Hz,No Load

& ]7 g5 R6 ]6 p9 C

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

; n- B: a* C6 e+ }! |7 ?4.3、保护功能：

: W" F( `2 Q# W  ]; o; A& a以下涉及过流保护、短路保护的测试。

, B$ l" i# r6 n4.3.1、过流保护：
$ v5 C" T, y' t& G; M  e: O

4.3.2、短路保护：

5 A# O+ }$ k  m& c功率计电流量程2.0A,开启平均值模式测量。
* f& d( Z; ~+ i; B5 X
) J& z2 s1 j3 x  v& K1 w! X0 y8 p& M

2 d4 a; }7 h; @! Y4.3.3、Peak_load 功能测试：

) ^+ ^# S) v* o* I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。

AC115V 发波周期12.6mS，Vo 最低15.6V

5 [4 M: S3 k7 K' l* t9 a

AC115V Peak_load 功能升频151.52KHZ

AC230V 发波周期11.2mS，Vo 最低18.2V

3 `5 E' f# T4 v: |, H& f1 i

AC230V Peak_load 功能升频151.52KHZ

& m$ g$ D% U: U  x& t4.4、动态测试：

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)

AC90V_5ms

AC90V_10ms

AC264V_5ms

AC264V_10ms

8 |5 m" E; D8 N' O5 }( Y' U8 @4.5、系统延时时间测试：

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

* _) ?( W. C- \( X6 T7 j

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

. {1 j  X( J7 t- B2 E2 g) K

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

4.6、其它重要波形测试：

AC90/60Hz，100% Load CS 波形

# `/ t1 d5 M+ r3 _

AC230/50Hz，100% Load Gate 波形

AC264/50Hz，100% Load 输出肖特基波形

AC264/50Hz，100% Load MOS-D 端波形

  Z6 x/ X' A4 X05、温升测试

9 H; @( U3 P. u: d测试条件：带外壳在40℃环温下长时间带载3A 老化。
6 D+ v' l0 R7 U2 m

# _5 u7 b- e) t7 L' S' y* o! A6 N8 F" Q06、EMI 评估测试
7 f3 Q, P# N' b1 U1 j
: Y( y4 Z9 Y* Q! W. @- ^( E' @测试条件：

  u7 U5 p4 A- Z, E( z0 a/ k输入：AC115V/230V；水泥电阻阻值6.67Ω，带线1.5M 18AWG 测试；
3 E2 ~" Z4 t, l限值标准参考：EN55013、EN55022B。（测试结果仅供参考）
% _6 B" O& l5 V
+ I# x- m: d8 G0 d2 F9 |3 B

AC115V 传导L 相

AC115V 传导N 相

AC230V 传导L 相

$ U0 }: h8 x; A' M. {  V

AC230V 传导N 相

- z/ q4 }: g9 L% T+ g  C8 ~" Z  I

AC115V 辐射

AC230V 辐射