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

/ H9 C1 Z) ?$ l
4 c6 H/ o1 K( ~" v/ S) @5 J, ?; N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。
# e9 S4 [, j) _; ?9 ?
# B- M; }7 V. ~* Z6 T01、样机介绍

( ]. C8 i- ~& `+ h( a/ ^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。

6 o4 S# J+ K1 p8 v7 n! C

CR6890H_20V3A 工程样机示意图

3 x" M' Y0 J2 A8 gCR6890H 芯片

6 p6 L1 D2 S' z9 t9 l+ [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。

* M+ h( l4 X8 l3 l5 O特性
2 {8 w& v2 A3 ~  {2 k$ @) H
' h4 {, m' A0 T较低的启动电流 (大约3μA)
4 E( g+ u( ]( O. s0 z: h/ K( N
7 V! ~: e7 P: C8 ~. s9 o7 E) @内置软启动减少MOSFET应力
5 b( o% r: b/ D
带有Peak_load 升频功能；
+ n0 H3 o7 q: m+ N1 i
CCM+PFM控制模式
' {* m5 T6 A3 o! S  P2 \4 |: r
3 u5 ?& V, ^6 B) j$ V/ P内建同步斜坡补偿，消除次谐波震荡
" v6 a$ n( ?  S0 F. x3 o$ G  D# m7 j
内建频率抖动功能，降低EMI

内置65kHz开关频率

" W6 o* G: l" T$ D$ ]" J9 C轻载降低工作频率
6 O  B6 p$ G1 ]/ }$ j& X
8 g. X% Z) o3 |2 o5 T; e15ms倍频模式

可编程外置过温保护并进入latch
4 v* L. N3 _: T- z4 E0 Z8 h
8 W  {$ @/ [; T- V* o% {1 q1 HVDD过压保护和输出过压保护功能并进入latch

内置前沿消隐电路

内置输出二极管短路保护

' z' E& p6 ^* m( A' `5 T( ]内置过温保护并进入latch
1 P  ?+ B$ Y7 s$ _' S8 n
过载保护

SOT23-6L封装
0 q( O( Z; V& B" s
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。

6 U" W7 p7 w+ t" ]# r  c& y- M基本应用
. |) p  P4 e- i. ]# {- n
AC/DC适配器
# U! _. g2 _6 X8 ~4 j; \
! ^9 n8 D+ x( O电机类适配器
6 O/ j$ H: ^* e$ z$ X3 k
& W8 e2 p! P% I5 k充电器

1 O/ G2 a9 ]  D2 i8 h+ R存储设备电源
' ^6 w, _3 T: F& ^- T: j
典型应用

, P' u7 C5 m! P, {. }  [

" s4 `5 ]' I& c+ |# [. _' t管脚排列
: l: h; s. T4 j0 d! p* C* u& _5 S: @; B

管脚描述
" A* x' ]4 s2 r7 C. K2 b

+ c0 }5 ?  k$ p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。
& e( B. [$ S9 p
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。
  J1 ~; j2 j( d( P2 [6 B
02、样机特性
/ }0 G$ j  U* V* r
& H4 ^' P. B1 f" \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。

5 ^2 P- `( I  ~( r  v' U* E. R, K2.1、输入特性：
. x9 w" B( l9 [3 d

4 c% P+ e% A! v# \+ `
4 Y4 V1 d3 [% H# a2 l2 z, c; T1 u& J2.2、输出特性(PCB END)：
+ i' e6 b) s! U- ?( d

4 N: k- [4 n" D( B7 P5 J) M9 c( ^5 Y2.3、整机参数：
" i5 p# t  l& G  l6 |' L' S' n8 ~

/ [. v6 @' h. p# Q* \2.4、保护功能测试：

/ c0 w2 p- s1 O7 T  [0 _2.5、工作环境：
+ H) B, z5 V1 `9 ?$ J2 ~3 |

' z, e6 N3 _( j4 t. u2.6、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。
3 s1 m& b( K$ D( v" i
3.1、电路原理图及BOM：
& m& t, C1 C/ |( I" X4 X
0 ]; u* L% b4 q0 P1 B3.1.1、原理图：

3 W. p! ?# k7 Q  Q+ S9 o/ m# h4 y" w

( ^" B: D( N+ t/ {# @0 N1 X5 C% q9 z3.1.2、元器件清单：
' m& |# U7 E2 `* S, u6 c( |

3.1.3、PCB 布局&布线：
- R9 \1 m- E1 o( h

PCB 顶层布局

PCB 底层布局

( ]# X1 K3 m$ \& y2 p

PCB 底层布线

3.2、变压器绕制工艺：

3.2.1 电路示意图：

; j3 H5 S- }( e3.2.2 、规格参数：

7 d6 `, e$ _1 T! R1 x- z) J1）骨架：PQ2620 磁芯（5+5PIN）,Ae＝119mm²；
" K/ h5 B5 ]! X/ F' b2）材质：TDK PC40 或同等材质；
8 Y1 ]0 i4 n: c" V. h& Q3）初级、反馈: 2UEW 漆包线；次级: 三层绝缘线；
! b7 O7 w9 h: k- k4）N1 N6 N7 绕组从变压器针脚B 进线从顶部A 出线，磁芯接地；
# Q8 N: F! b7 z, ~# G: n6 `8 v5）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）；
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）)；
5 ]+ A$ d# j6 D" B8）耐压测试= 3.3KV 5mA 1Min；
9）成品要求:浸凡立水；
- u: E- p7 W; {! ^% \8 K
3.2.3、变压器参数:

7 q5 v, p2 V% Q$ C3 n

3.2.4、变压器结构图：
3 ~; u1 B9 O- P8 c! W0 F6 R/ u! m

04、性能测评
" I3 X3 |1 ^, W& l  Y1 Y7 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。

) _2 C( t0 V' J* N  x& u  K- }8 }$ O4.1、输入特性：
3 H0 s8 N! C2 ]
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

; v9 T8 m/ F# }2 X8 Y表2 输出接1.5M 18AWG Cable100%负载下的输入特性

/ v$ [  }2 Y3 z表3 效率测试（1.5M 18AWG Cable）
4 f- K/ I; Y! F" T, S: f. Y

表4 效率测试（PCB END）
6 N/ K, v4 O1 ?3 E4 o/ K4 Y3 e) o

表5 能效等级评估（1.5M 18AWG Cable）

4.2、输出特性：

1 l) X' W8 r" P' E( I, [( Z! A9 t4.2.1、线性调整率和负载调整率: （ 1.5M 18AWG Cable ）

4.2.2、输出电压纹波：

4 R& E/ P* h; O! R. {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。
/ {5 f2 v3 P9 k6 a5 }7 L6 c3 u

- A) ]# C: q6 H6 g: ^1 ]

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

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

# \3 v9 N; q5 e8 _

R&N @ AC264V/50Hz,No Load

# E0 x8 w% _9 ~9 @

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

4.3、保护功能：
0 C1 |# M% c! `: L! `1 k  [! X6 `- f+ L
以下涉及过流保护、短路保护的测试。

4.3.1、过流保护：

* Z5 H+ Z1 C5 r9 L

; Y0 L2 E1 o+ R# N% `" C4.3.2、短路保护：

4 }, C2 i% @5 S4 p& d6 F7 F功率计电流量程2.0A,开启平均值模式测量。
; O8 R! B7 G/ ^

6 p4 i: L' D3 M" @# F4.3.3、Peak_load 功能测试：
# a  |  z: b3 @9 G. c3 [2 E2 X
8 q5 p. X. z+ g6 s+ k4 v5 ~& b* 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。
# I! d6 m3 e7 b# X. o

AC115V 发波周期12.6mS，Vo 最低15.6V

AC115V Peak_load 功能升频151.52KHZ

AC230V 发波周期11.2mS，Vo 最低18.2V

3 W; `4 A: q: Y6 @

AC230V Peak_load 功能升频151.52KHZ

4.4、动态测试：
& `( K% ?: t* X8 M2 f. j
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)
8 \; _" T7 X1 d& K* r
! z# J! j. }6 z* t& V" |

AC90V_5ms

AC90V_10ms

, l/ f1 G0 c! S% L

AC264V_5ms

' @" N7 x5 F; t. X+ L, c

AC264V_10ms

# i& a# v9 h2 ], U9 o! W; M, ^0 V8 B4.5、系统延时时间测试：

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

+ S' A) J' Y$ Z

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

5 k  B3 W; K% ]; N

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

4.6、其它重要波形测试：

2 ?, U% ?# T5 w$ r" _' I

AC90/60Hz，100% Load CS 波形

AC230/50Hz，100% Load Gate 波形

/ d1 S7 W- G3 ~; D- g$ M: L

AC264/50Hz，100% Load 输出肖特基波形

- Z/ O. O/ `" R2 H9 K

AC264/50Hz，100% Load MOS-D 端波形

05、温升测试

测试条件：带外壳在40℃环温下长时间带载3A 老化。

& e/ d  D% Z, {. L- i) [

. L2 p# V& c+ l; @3 v06、EMI 评估测试

测试条件：

6 _! ?' m: q) A) 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）

AC115V 传导L 相

" \' E4 r$ a' n: A% ]6 w

AC115V 传导N 相

AC230V 传导L 相

AC230V 传导N 相

" q8 q* o9 P2 n) V& T- }

AC115V 辐射

AC230V 辐射