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

$ f+ W% m( e/ C/ r* q
1 ]) c0 Y* d0 @' r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。
9 A- D* d) Y# G" n2 r. g( g! E
01、样机介绍
9 M# I! R+ y# {1 n- v' g
' A- u) s. C* i; ~- x( N: P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。

$ m, G  x# @* ^' K, z

CR6890H_20V3A 工程样机示意图

CR6890H 芯片

3 c1 X; R+ A" W& s+ J+ b' B5 RCR6890H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。

特性

) r+ X' b  ?! [7 M6 L8 g较低的启动电流 (大约3μA)

8 l) y/ g3 L0 F9 s, X9 [  x& Z& F. o内置软启动减少MOSFET应力
( ]8 k% W( s# g: }. e1 ^
带有Peak_load 升频功能；
, k- L9 ~. g+ Q( e1 G8 X
* r& B& b" e8 d( k' d8 y" YCCM+PFM控制模式
! E( T( x7 i3 k. [1 ^' [3 X  e" S
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
, \3 b: o$ u1 Z: k/ v
  V' a6 c( t8 R$ \" r% D内置65kHz开关频率

& N, r$ S. y) \  `2 [轻载降低工作频率
6 S2 x4 w* b4 x* x
( q% j0 H" h5 Z15ms倍频模式
% w8 |7 {; a( P( j5 h: ^7 Z
/ t2 _7 D, f; h/ _" {5 ?$ n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
0 P. [( J5 s# {% i
内置前沿消隐电路
4 \7 Y) \. {+ f. M+ t; W
内置输出二极管短路保护

% e1 G# v5 u+ w; W7 h内置过温保护并进入latch
# h) q& |9 Q3 L# S! q! V5 J% Z
% J2 C  {4 G4 c过载保护
$ S! i" T# ?. U- R' ~& C3 {% S  u
SOT23-6L封装
% {5 z- r; u0 M# H! f! ]
- x/ d' \" x  i9 O8 b, m: L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。
. @7 {. V) Z0 Z# n  `& n& [3 c
基本应用
$ `$ R6 n# `( D" e7 D  {
: W0 Z* }: x) o; [" s' l" W0 mAC/DC适配器

电机类适配器

; d  E2 D; R5 E& x充电器
8 s  @" u- T0 i$ W) s* z) A3 T
存储设备电源
- _( y2 }+ r; Z, s
: [5 j0 v$ l1 _( c' l典型应用
! v9 b3 ^$ k8 a; B
, \' `; S9 y- \1 B

管脚排列

' t" t& F3 G3 @" Y/ t5 X

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。
! F+ c: U4 T, y, O- d! n: y* R
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。
5 a0 @: W9 O9 h5 K, |% N, f" J
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。
: h2 _- f& I8 U. a
02、样机特性
" v4 q' U3 Z+ R( h! s  O
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。
" H/ N: d1 s( M  }
" @1 Q: J" J9 d$ ^2.1、输入特性：

2 L% D, H) S) [8 q* ?: Z
2.2、输出特性(PCB END)：
& [) b7 l1 f5 ~, A  _' u" f6 i

0 y/ q# \7 E9 K7 W4 m* d1 E: m3 }
& g, |- m6 ?& J! l: ?2.3、整机参数：

# b( ?2 c4 K. m5 A2.4、保护功能测试：

; B& r& u2 J0 e/ r  Q3 X2.5、工作环境：

2 Y) W6 c. x2 N7 m2 F2.6、测试仪器：

03、样机结构信息
! A8 U7 _7 ^! _) @
+ F! A- v7 ~1 ^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。
, e& s' I) D, n! B' Y' M
+ Z; i/ x$ r' S6 X/ [3.1、电路原理图及BOM：
7 H5 r4 x- E) P
  {, v2 y/ U" y; h3.1.1、原理图：
* d+ b% b+ h' N$ {& O; Z' \0 t
8 B9 U9 Y# x  L; l+ [9 @/ E

8 ^0 h. @* M6 i! U2 t3.1.2、元器件清单：
& k# p/ ]# _+ R) t6 p+ ^
7 y- _& i. B2 v$ p: R& v4 P

3.1.3、PCB 布局&布线：
- ?! C4 N% s% ?0 v5 a. J7 P1 f
9 L. O2 W7 k, J& X9 A  m$ a: P- m

PCB 顶层布局

PCB 底层布局

  H/ s4 F8 X5 L- {) ?! s# C$ W

PCB 底层布线

3.2、变压器绕制工艺：

3.2.1 电路示意图：
/ p; b* `0 ?, l

3.2.2 、规格参数：

1）骨架：PQ2620 磁芯（5+5PIN）,Ae＝119mm²；
& y1 C2 Z, h: Q6 N, ]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；
* O2 C2 q6 ]* S" X& M) d( B5）绝缘胶带:3M900 或同等材质；
) s' b! B# K0 y9 I( K6）初级绕组感量Lp：0.6mH±5%（测试条件：0.3V，10kHz）；
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）)；
8）耐压测试= 3.3KV 5mA 1Min；
6 B6 \2 T- D& }1 y7 p, L9）成品要求:浸凡立水；
5 P7 q3 ]! `: C( L7 Q2 ^
+ ?6 j# R0 A) S) w3.2.3、变压器参数:

5 J) ?2 ]) W0 J8 n) l5 x, M

+ `2 y4 G0 K2 z, q3 }! M) M! _" o3.2.4、变压器结构图：
) [$ @' O2 P" B0 h: G' L; s

04、性能测评
" X, X* ]- B! w( Q, i
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。

& \5 A- d0 x% H0 D9 w4.1、输入特性：

8 [. B4 |+ v: D+ B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
2 Y& }8 G0 I, m& Z$ C- F  r

( J& \8 y& ]2 x3 X; e, q0 Q6 [表2 输出接1.5M 18AWG Cable100%负载下的输入特性

* H! ^4 j1 s$ _  h0 P- u; _表3 效率测试（1.5M 18AWG Cable）

表4 效率测试（PCB END）
  e/ W6 y, O1 F( A/ J6 N: @

, U* Q( J4 Y2 Z9 v表5 能效等级评估（1.5M 18AWG Cable）

) }# W' F7 ~4 t7 H1 l& ~& f4.2、输出特性：
# M0 f( |/ p2 c! K' Y
4.2.1、线性调整率和负载调整率: （ 1.5M 18AWG Cable ）
; D9 F( K$ U, n# Y! h4 F. C

4.2.2、输出电压纹波：
, F1 N  i$ P  L3 g4 u
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。

- M. g# R# U: [7 d( X. a) k

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

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

- r  ?1 n. S" k5 j. c1 `

R&N @ AC264V/50Hz,No Load

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：

4.3.2、短路保护：
# y- b) g( X4 i
功率计电流量程2.0A,开启平均值模式测量。

% t9 ^$ V' e" U( J+ w6 F

; x; ?* t9 \9 b& b# C2 W4.3.3、Peak_load 功能测试：
' L" w7 x1 R6 n) ?$ `
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。
! ]) V3 z1 }4 c
6 _' \8 G( e- s" L

AC115V 发波周期12.6mS，Vo 最低15.6V

! w$ s- Y3 Z. l+ y9 D/ N

AC115V Peak_load 功能升频151.52KHZ

7 b; c) t  Y2 U: U2 J

AC230V 发波周期11.2mS，Vo 最低18.2V

AC230V Peak_load 功能升频151.52KHZ

4.4、动态测试：
3 ]1 m5 G$ {) r% N
4 E7 a( Y& i# u1 E: B5 s, N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)
  p' S. L+ D: l3 @: d5 W
$ G( ?1 K7 g$ }7 q: u

AC90V_5ms

AC90V_10ms

AC264V_5ms

AC264V_10ms

% Y) b6 S/ i/ w) R( q4.5、系统延时时间测试：

( i- r" A; @6 ~  v

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

) a' H& ~5 C( M

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

4.6、其它重要波形测试：
1 ?3 b, H& H+ c" J- V+ p

AC90/60Hz，100% Load CS 波形

AC230/50Hz，100% Load Gate 波形

+ y5 P' L, \- a, h

AC264/50Hz，100% Load 输出肖特基波形

) W% C& }5 _, _+ l9 F

AC264/50Hz，100% Load MOS-D 端波形

# v  u) H- |: o) Z+ ]05、温升测试

3 S' |; t+ @8 @$ u$ x测试条件：带外壳在40℃环温下长时间带载3A 老化。

- s* T, l/ O0 ~% h

  k5 N4 I# @2 B2 f1 Y: e6 m( p. ]6 v06、EMI 评估测试
) q- @& X' R" b- x
测试条件：

; u+ L2 }$ t( h输入：AC115V/230V；水泥电阻阻值6.67Ω，带线1.5M 18AWG 测试；
* A) e2 q4 l3 D9 \; i限值标准参考：EN55013、EN55022B。（测试结果仅供参考）
' N* t  d' c. d8 D! t

AC115V 传导L 相

/ }3 g. A5 N" D& e

AC115V 传导N 相

0 {/ K& l( V* ~$ r, N

AC230V 传导L 相

' D! a! K3 ]5 d4 S" x5 b4 H

AC230V 传导N 相

7 [  g, s7 [& p

AC115V 辐射

& I3 r4 p1 Y, O4 {# a% E- K

AC230V 辐射