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

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。
4 W% [& E' x# l0 X, q
6 k1 e5 y2 @. A- B6 S- w9 `" i01、样机介绍
0 A$ h3 D* l, s6 g9 S  r
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

CR6890H 芯片
1 R: W; w# r/ l+ M
4 [2 Q$ c- z4 W' _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。

$ q7 x: T! s' ]7 c* E特性

8 ^# A* `& f5 ~7 F6 ^较低的启动电流 (大约3μA)
1 o9 z' q' u! C' b0 K3 u$ f" Z0 N  ]
1 b( b/ @' a4 p1 V& r3 U内置软启动减少MOSFET应力

带有Peak_load 升频功能；
: J" i9 u) u& U- J0 a% a& x
( w# Y% r  _- v' ?! eCCM+PFM控制模式

内建同步斜坡补偿，消除次谐波震荡
, k8 o  v, S/ F2 z# M3 X
  k" _; B* G$ }5 w9 A1 T内建频率抖动功能，降低EMI
* N. E, c1 q. S
内置65kHz开关频率

3 j3 A# I- e& ^) d  ^轻载降低工作频率
+ d1 R: W' Q! t' z
15ms倍频模式

可编程外置过温保护并进入latch
; I  T/ ?0 g$ I# v. {: M- q+ ~
VDD过压保护和输出过压保护功能并进入latch
: Y- F& L& I  i5 Y# E  k: V' s8 }% L
内置前沿消隐电路

4 [% w7 @9 k5 @内置输出二极管短路保护
( c1 h$ q5 `8 Q' q4 P% y: t+ N. ~
内置过温保护并进入latch

9 f9 y  V, F0 a% ]2 o. ?过载保护
- J. G; W- u; ~* J
" M2 t, c  D' @% p2 zSOT23-6L封装

* r; j. t7 Y4 V4 U) l( }  t' g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。
* }( w; S2 y  @5 t8 g/ T
& D. t$ d" L& q基本应用

! q  ]" y' g# ?& ZAC/DC适配器

% b2 ^# M9 D; r+ _9 U电机类适配器

充电器
" [8 ^9 B* N$ `6 ~% e
存储设备电源

6 j) t7 U' ]$ K5 W- f- _典型应用
+ \) k0 ^( R: v& P! o9 ?* R
9 c/ Q1 d/ n; t; |, `+ ?

管脚排列
0 k  H$ _( F$ b0 y1 g) V

管脚描述

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。

2 |# q7 [- \: ^* A. c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
# U, r9 a9 B4 ^7 A5 I- o& `6 {. _
4 a9 W  q2 \) i7 n0 h3 `; B3 E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：
) \- h$ s0 H6 Z

% ]% |% |/ P3 a4 o& r1 y2.2、输出特性(PCB END)：
. n& n4 a: n8 x: j

  t# S: K1 C$ g/ t0 G7 C4 f2.3、整机参数：
: V; p1 Q# y7 ]( K3 p. y( {. t$ m0 C

8 B: g0 i' M- e5 {$ y4 S* y: G8 L9 i2.4、保护功能测试：
( x( }; P0 t1 U$ M  r

( i; @* s# p$ V' J+ J# J2.5、工作环境：
( [9 R8 |! h: `' }% j8 J) a+ y

; Q; H3 r. v; l5 \( m. W6 x2.6、测试仪器：
% a, [7 S( T+ I/ {  i

03、样机结构信息
6 H# N9 U' [: h; E2 V* S
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。
# K  }: B  `' \8 C& Q
3.1、电路原理图及BOM：

3.1.1、原理图：

2 s: S# R) t: x8 B6 s! n

; T: Q$ X, _2 z  Q8 I0 ~7 o5 s3.1.2、元器件清单：
$ p/ w# n4 n7 p$ q/ v$ q

3.1.3、PCB 布局&布线：
' @$ x$ e( n" [2 \( F) ]8 i% n! v1 x

PCB 顶层布局

# Q5 L: Q) n7 Q

PCB 底层布局

# N+ Z8 K  c7 U

PCB 底层布线

3.2、变压器绕制工艺：
- b, b( y. F- p5 o  A
3.2.1 电路示意图：

6 F  `& V9 }' a1 O  Z9 D3.2.2 、规格参数：

1）骨架：PQ2620 磁芯（5+5PIN）,Ae＝119mm²；
2）材质：TDK PC40 或同等材质；
8 e* L, b$ U: u3）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；
6）初级绕组感量Lp：0.6mH±5%（测试条件：0.3V，10kHz）；
) O4 @6 w+ e2 G" x) V* C7）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）)；
. A1 h) h, v( K; E. p% s8）耐压测试= 3.3KV 5mA 1Min；
9）成品要求:浸凡立水；

. X4 _3 {* j+ O. r' k$ t3.2.3、变压器参数:

3 o1 r0 F# H  [

4 O0 `( e- r6 C1 c$ A5 K* {3.2.4、变压器结构图：

$ z9 H$ _8 L- m1 s04、性能测评

( v4 k" ?7 J% ?# o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。
: c5 S$ Y. Z* M+ @. }  d
) E' [: W1 A1 ?3 b1 @( m4 G4.1、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。

表1 待机功耗
6 F$ W8 ^& c2 D6 k" u3 V$ o

表2 输出接1.5M 18AWG Cable100%负载下的输入特性

6 z; n! [! F6 V. j/ W# o$ [表3 效率测试（1.5M 18AWG Cable）
+ e3 I! s0 C& J" m/ k. ?, q

% ]) i2 M5 D- C. `表4 效率测试（PCB END）
+ p: X' E1 S, G" `0 b- t

表5 能效等级评估（1.5M 18AWG Cable）

" A6 p! p0 i& ~& K& r, h4.2、输出特性：

1 I* |' X! b' s4 {# b4.2.1、线性调整率和负载调整率: （ 1.5M 18AWG Cable ）

2 n  H) [! s  p
, K7 T1 c! }7 q4 J- |: T4.2.2、输出电压纹波：
" v1 v. e3 g( P0 K8 z: k
  D6 x; J/ |2 c! H' l" ~6 }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。
7 D3 ~; I) O. P* b! x7 U
& R2 z+ B6 E5 X" \7 ]& C6 }

; m: U. J! l' o: B6 m

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

3 d2 L8 F" M4 f, x# r

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

) |( k0 {0 e8 K4 V1 B

R&N @ AC264V/50Hz,No Load

6 Y4 l( J* m- F3 j# E$ d  k' M* t

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

4.3、保护功能：

以下涉及过流保护、短路保护的测试。

4.3.1、过流保护：

+ p) O' y( T' |; |4.3.2、短路保护：
" ~" U. y* i% f. f9 a
功率计电流量程2.0A,开启平均值模式测量。

2 r, H2 `9 X1 }9 \. _

# e; }( V% t  a6 `- P" S0 B4.3.3、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。

AC115V 发波周期12.6mS，Vo 最低15.6V

  M0 m5 g8 \& x7 |" j

AC115V Peak_load 功能升频151.52KHZ

" B6 U" N$ ^, x* K% v3 ^) @" n7 ~! i

AC230V 发波周期11.2mS，Vo 最低18.2V

AC230V Peak_load 功能升频151.52KHZ

; W' _, u* J: g" G4.4、动态测试：
2 V6 n$ {. x- E8 _' o
; i4 T+ W+ K4 a0 U3 {9 H- L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)
2 H, B& T, c2 o

AC90V_5ms

AC90V_10ms

) e" |1 \6 ]6 p

AC264V_5ms

AC264V_10ms

% K, ?- I6 }2 P! [+ l: ?( C8 w4.5、系统延时时间测试：
. `8 F; l, e2 M
9 e; s) g) I/ }/ q# ]. h

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

+ T, p- t! U6 S9 w/ L+ s& b

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

( w% ~; f2 h% M' B

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

6 M0 s, e3 g% b, N3 \$ |9 M4.6、其它重要波形测试：

& @4 l, ~- p& L" [1 e0 O8 Y

AC90/60Hz，100% Load CS 波形

AC230/50Hz，100% Load Gate 波形

: @  L: Z9 m7 m

AC264/50Hz，100% Load 输出肖特基波形

AC264/50Hz，100% Load MOS-D 端波形

# f$ o9 i" C. U+ \4 j0 L( ^% Y05、温升测试

* j3 d) P# R: \& A, W7 i$ U测试条件：带外壳在40℃环温下长时间带载3A 老化。

3 i  A2 y$ J9 ~

06、EMI 评估测试
  `9 Z% e( I7 F2 e0 }4 J/ v4 q
  s0 A8 t# Z5 ?测试条件：

$ ?! Z& g# d# c+ @9 f# X输入：AC115V/230V；水泥电阻阻值6.67Ω，带线1.5M 18AWG 测试；
限值标准参考：EN55013、EN55022B。（测试结果仅供参考）
8 F9 _1 ]) c7 J. v( F; o7 L

AC115V 传导L 相

AC115V 传导N 相

AC230V 传导L 相

AC230V 传导N 相

AC115V 辐射

AC230V 辐射