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

; T4 \$ `, X" E
2 R2 S0 n7 e3 N. ?1 @+ k. H; t6 T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。
8 u) j( R4 A* h+ a" O7 X7 B! k2 v
01、样机介绍

- d) {, o- U: D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。
. @* p) [0 @' M9 @! D0 w
: G: C) R% p( k# {

CR6890H_20V3A 工程样机示意图

CR6890H 芯片

. @5 M. V5 M2 ?9 o% s" dCR6890H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。

: ]* b2 `( C$ J# x特性

3 G7 W. g. {' M" u3 `4 E较低的启动电流 (大约3μA)

: u& A; J4 Y6 P: f2 `0 g内置软启动减少MOSFET应力

' }9 ?# i0 |' r" e2 C: m带有Peak_load 升频功能；
# U% H- {; q. c* j7 ^* W: P% R* g
: N% P+ i- g) E& c% xCCM+PFM控制模式

3 i) |/ a  v9 d* f9 W7 i内建同步斜坡补偿，消除次谐波震荡
! k% H- M' ^8 [
1 N0 [; H$ O" u$ l3 p9 }内建频率抖动功能，降低EMI

. |$ @2 r- c' ~( ]内置65kHz开关频率

, Q) d+ |3 ^8 \. w轻载降低工作频率
7 U3 U& F. A- R  L9 p  \
15ms倍频模式
8 Z% f* H8 N* A9 ~+ G
可编程外置过温保护并进入latch

% H0 F0 E4 l' ?/ Q7 SVDD过压保护和输出过压保护功能并进入latch
3 ?) p: U2 I$ U% F7 n) p
: p6 t, o% l0 I内置前沿消隐电路

内置输出二极管短路保护
, [: [9 v+ o+ S, m( r0 G8 n
内置过温保护并进入latch

1 q1 K8 B+ N6 r& {: [2 e) u过载保护
8 o( c$ y& D7 p; v% q; H- D% s8 z
' E: D7 F( S, r4 A- xSOT23-6L封装

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。
) P7 N1 k/ C8 h* Y5 ^% I
基本应用
% K  G. V4 U9 y! [  R
AC/DC适配器
7 z! b( A  `# S1 l
电机类适配器
; o6 T) Q9 f4 f
充电器
) t  P6 U+ T; G* F, p+ a9 T- K
$ |$ ^9 q5 Q& ?, S+ f2 N存储设备电源
5 f5 D' T! Y$ p7 d9 W
典型应用

5 d0 @6 W  R' V0 H: x# R管脚排列
, ^' ?+ J' a: |# d  O. I; D

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。
) w+ p* n( V) T, w2 a) p  }
' Z: s6 v" u  C6 ^9 I1 x$ J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。

: b( x! b1 r7 E# {, {* x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。

9 R+ d) S! k6 Q- |/ `5 y02、样机特性

4 ]$ H2 a7 q( k* w5 j+ L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 t6 X) o$ Q3 N% q6 G2.1、输入特性：

2.2、输出特性(PCB END)：

& p) {% h  J+ ^! }2.3、整机参数：
' z5 }! }1 o; ^

3 F/ {9 ~, a( e* U( k/ Q$ X! \2.4、保护功能测试：
  g0 j  w  k; u6 W* `. {2 X

2.5、工作环境：
1 g; e, f3 c% O1 h( y. L* l% L

# \; m) a# L9 Q6 o* d
2.6、测试仪器：

03、样机结构信息
* s* n$ S# Y* K% 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。
; l6 C  e% g+ F- E* X$ B" ^7 h
( J% s* o0 ?. f) E3.1、电路原理图及BOM：
% U$ B# {1 ?" [, [6 Q1 a
- a+ C! S4 ^) R3.1.1、原理图：
8 Z9 ^; B2 F! b4 F5 a, A& k
4 @3 O  p8 a# g7 s: n" c

( t8 o# u' c7 ]7 T3.1.2、元器件清单：

' B, Y0 l6 u2 [: i4 H3.1.3、PCB 布局&布线：
% F. p3 r) b4 \, y2 d% H7 d; R* k
  T* L% m( `/ W: }2 X

PCB 顶层布局

8 l# }3 n1 |( W# B

PCB 底层布局

* k8 H4 L( l! X$ f, L

PCB 底层布线

3.2、变压器绕制工艺：

3.2.1 电路示意图：
% M. `1 |1 v! s

5 ?; ~! {" m# X: ]; L, P3.2.2 、规格参数：

3 U- p- B- w4 b1）骨架：PQ2620 磁芯（5+5PIN）,Ae＝119mm²；
2）材质：TDK PC40 或同等材质；
* i& |" Z+ |! A  w" B3）初级、反馈: 2UEW 漆包线；次级: 三层绝缘线；
6 |$ P( b; [) ~2 J4）N1 N6 N7 绕组从变压器针脚B 进线从顶部A 出线，磁芯接地；
% i; }  X" Q$ O% D; {2 b0 n5）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）；
5 S" P, S6 w9 ]: O+ o; E! J- q6 T7）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）)；
0 [- Q" C  y6 s; |# I+ N8）耐压测试= 3.3KV 5mA 1Min；
9）成品要求:浸凡立水；
3 Z$ F. t* x/ {- Q6 D. N4 l6 A9 v
3.2.3、变压器参数:
" B/ _1 ^; L0 s9 M1 u% y  K
6 b1 F# n8 a- i! }2 n! L2 ~

* b6 ^' {4 Q. t8 ?' q3.2.4、变压器结构图：
, M  j$ B, h6 Z# f% v2 X

04、性能测评
" Y1 J3 V$ X/ M, Z8 O' E, }0 n
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 I+ W/ ^8 r& F# k
4.1、输入特性：

# Y" g/ B$ r  k1 w9 q, v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。

0 a$ ]1 U+ j. w$ R% C表1 待机功耗
$ q% D# M$ q) v: j' d7 p4 ], v8 _

9 j. [, z* [% n4 H- d表2 输出接1.5M 18AWG Cable100%负载下的输入特性

* P/ h* d, G# q; c表3 效率测试（1.5M 18AWG Cable）

1 v! m  c% p4 f2 R$ N' @表4 效率测试（PCB END）
( j% |6 \5 b& v9 ^' m

4 q: G0 {5 E3 o  |/ H. c3 X表5 能效等级评估（1.5M 18AWG Cable）

) e% {  o, q  W" v4.2、输出特性：
1 c9 c; D% T3 A2 e
4.2.1、线性调整率和负载调整率: （ 1.5M 18AWG Cable ）
3 F; T& |* s6 G3 b* l3 f0 K

# O: z5 j1 @: t4 J$ g/ z
: P7 o6 N" W. M1 Q4.2.2、输出电压纹波：

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。

- f# |1 _4 ^  C; w% h! _8 x

* T( V" m7 M3 q0 p, B( n2 Z

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

9 i5 n8 q+ n; f; a' A" [

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

, U* z& y% U( v: H& o

R&N @ AC264V/50Hz,No Load

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

  l% Z: }4 T/ w6 E( C- w, P/ |4.3、保护功能：

以下涉及过流保护、短路保护的测试。
$ n9 M* \( H/ H$ l4 l
6 }. i- F6 i6 @4.3.1、过流保护：
( L: U! ~: [( }' Z$ E8 C6 P

4.3.2、短路保护：
, c) Z8 i# t- N" |  e
功率计电流量程2.0A,开启平均值模式测量。

+ c, T( k, s, t8 p8 i

4.3.3、Peak_load 功能测试：
% E# V" U5 k: z& ?; u
7 `8 e7 Q9 M( c2 U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。
5 G2 b* l4 x: A! K
* }) [2 G) D' m, r9 z9 U

AC115V 发波周期12.6mS，Vo 最低15.6V

) x+ m6 n) V/ a, O' B' F

AC115V Peak_load 功能升频151.52KHZ

AC230V 发波周期11.2mS，Vo 最低18.2V

+ U$ \! V, ?4 a; m9 ^' m, w. ~

AC230V Peak_load 功能升频151.52KHZ

7 |/ U: R& T/ h' s6 Y4.4、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)

( F3 w6 H. ?4 }6 [& j( Y

AC90V_5ms

AC90V_10ms

& l; @, q. T4 o7 m1 I8 e" M; Q

AC264V_5ms

' I( s4 ?. `8 \

AC264V_10ms

: }' ]3 {; W4 m0 U0 ?6 p6 C4.5、系统延时时间测试：
- r- r: X' U* s7 r

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

" o9 `. V! a- K* P: T

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

4.6、其它重要波形测试：
( U% M/ p* S/ Q# Z3 ^
3 X4 o: {, L) ]" P

AC90/60Hz，100% Load CS 波形

AC230/50Hz，100% Load Gate 波形

AC264/50Hz，100% Load 输出肖特基波形

+ P! v2 Z  V5 d7 B. d- ]" g

AC264/50Hz，100% Load MOS-D 端波形

6 m. Y8 G0 J: L& b3 w( j05、温升测试

, c2 b% T$ x+ R- z+ |测试条件：带外壳在40℃环温下长时间带载3A 老化。

6 }8 g7 @6 C/ P+ J/ t1 S4 ^& a

; v! W3 Z: K0 C06、EMI 评估测试
( X7 ?, S$ q$ y% ^; ]4 o/ }* k5 {. g
7 w; A) t7 L& b1 k+ O( s) w# }测试条件：

' ?7 X" }0 ^. Q/ x: V7 z/ i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）
$ t3 w$ N/ q$ U; G

AC115V 传导L 相

AC115V 传导N 相

, B/ O* U, q/ R* A8 c5 b) V' ]

AC230V 传导L 相

AC230V 传导N 相

; I: \1 V1 S3 h$ F" g* N

AC115V 辐射

AC230V 辐射