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

; j' z4 B! P, K8 G& W$ R1 m
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。
/ `& c; g9 v. }. C  @
5 o3 V4 N4 u) Y# V0 N5 g7 i% F2 p1 i01、样机介绍
  ~# L6 ]3 Q4 E" i
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。

& ~, V/ }6 C% }' l) Z& T

CR6890H_20V3A 工程样机示意图

' N8 |" Y  {% N7 i# t* n( [CR6890H 芯片
# R# p9 }$ Z3 t! c, g7 d) a
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。

特性
; a8 E( }2 ?& i4 I( R
较低的启动电流 (大约3μA)
3 ~; K0 \6 }5 Y# y: Z- {5 M6 L
内置软启动减少MOSFET应力
! F9 B! t8 A/ T# @4 E, n# Z
带有Peak_load 升频功能；
( l2 a/ S: K* F1 L
CCM+PFM控制模式
! [# [0 o8 h' Z' j
内建同步斜坡补偿，消除次谐波震荡

9 Z8 i4 q# z) c  P; O, C内建频率抖动功能，降低EMI
# i% O; c$ E+ h2 h: |* w, ]
内置65kHz开关频率

% `/ ]/ j* X5 q2 {* @& d轻载降低工作频率
2 Z. {& k+ v+ Y7 o. N
7 L4 o  I1 X( V6 D# Z$ q1 h# Z15ms倍频模式
  d% s$ I! j' a$ w9 f# A7 o0 W
6 H( q: B, D% }) @! v& a$ z: S  p( N可编程外置过温保护并进入latch

# W# Z2 w4 g9 N, X9 o$ z# k4 TVDD过压保护和输出过压保护功能并进入latch
& e$ s3 }7 t" L2 }: E. C' V7 J7 L# H
内置前沿消隐电路
* G- z  R' P1 y* ]
内置输出二极管短路保护
. W6 j2 D1 W2 h- u
  y! ]% c& M- M, y2 @内置过温保护并进入latch

过载保护

SOT23-6L封装
# C) G8 s) {, A, S0 q
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。
8 w  _& d7 r2 S  u& ~2 `8 t
* x* x. J: Y; [* E/ I基本应用
2 Y8 N* m8 o! K' ^
5 S5 k4 y8 M6 ]7 }" VAC/DC适配器

电机类适配器

充电器
  h" b& [4 c1 v4 b% u9 }5 j& w' h
存储设备电源

典型应用

管脚排列
% p5 `% ^* R8 c

管脚描述

  E* H* g, R+ i& _1 r- R# r- Z

8 Y8 @( b& o, J9 V) ]; g$ [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。
- v2 ~1 R6 Z8 F) w  \, J7 q- ?7 _
; m/ j: I. g/ z' C8 }" Z" U6 l# {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 W5 Y6 g0 y1 |8 K
3 b) C# l  r4 I  W8 f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

$ c# @; u3 Y+ i* W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。
' V" j1 a$ s& B9 h4 n
/ b/ c& Y  K- {" Y+ p9 e2.1、输入特性：

" p; u8 t  X. |* w) K
2.2、输出特性(PCB END)：

8 \* ?/ B/ m- k) z6 k+ T1 B2.3、整机参数：

  l( K: Z& j1 |6 J2 D) f4 F& A- N2.4、保护功能测试：

8 l$ ^8 D, [' p: y; {& r; m5 I2.5、工作环境：
' P! X) v) Q% @) u/ M' P& q

" B% O  h8 Z' N$ c, B; M& g2 l" u
2.6、测试仪器：
7 G( \% U+ ]$ h$ s' e

03、样机结构信息
3 ~+ p/ `9 y. n& m( j
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。

6 h! {3 J$ `6 i9 V9 ], N; a$ K3.1、电路原理图及BOM：
2 j4 g( X0 l* i- Y  f# m- A0 L
" Z1 D8 l4 a0 P% h" X6 _$ X6 {3.1.1、原理图：
2 i( o" ~0 y: A. K+ s2 s
0 m8 J) a2 [7 T7 b, @' N$ E

6 z) ~8 n3 A4 R5 U3.1.2、元器件清单：
' D8 V( B$ B) H  @: R

3.1.3、PCB 布局&布线：
" J# p2 ?# ~4 ?$ H( k

PCB 顶层布局

PCB 底层布局

( f7 ?* A7 Y5 x

PCB 底层布线

3.2、变压器绕制工艺：

3 z0 N9 C6 [8 m4 o2 S3.2.1 电路示意图：
# o- U% v1 P) {; C+ x% L, R

) [1 b8 r% p) i, U7 {) E3.2.2 、规格参数：

1）骨架：PQ2620 磁芯（5+5PIN）,Ae＝119mm²；
2）材质：TDK PC40 或同等材质；
" d4 Q& q7 v" @1 w3）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；
7 o5 @) G$ H5 p# N5）绝缘胶带:3M900 或同等材质；
" I0 u+ c1 x' {) C! _1 Q6）初级绕组感量Lp：0.6mH±5%（测试条件：0.3V，10kHz）；
: s8 I8 W$ Q6 ]' a* ]8 Z! R1 Q7）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；
9）成品要求:浸凡立水；
2 y4 k% B2 Q6 c9 |9 s  _
3.2.3、变压器参数:
% b$ i  d5 Y; D2 l( k
9 e$ O) {7 D! o3 B5 q% L7 w  Q+ J

3.2.4、变压器结构图：

04、性能测评
9 c& x! z" T, |' L2 v  q/ z
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。

4.1、输入特性：

4 P5 p$ I4 n, Y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
( h% z7 W* ~: z  J1 a# t$ D+ @( x

表2 输出接1.5M 18AWG Cable100%负载下的输入特性
- L3 J1 s0 {4 d' |9 y

$ v3 Z7 g. s3 a+ n表3 效率测试（1.5M 18AWG Cable）
1 Y. S2 [3 N4 O

- Z1 _; _2 `9 j, j1 _" I表4 效率测试（PCB END）

表5 能效等级评估（1.5M 18AWG Cable）

% s3 ?/ O. M0 H1 s4.2、输出特性：

4.2.1、线性调整率和负载调整率: （ 1.5M 18AWG Cable ）
2 V- T/ X3 |3 M, @) Z+ h" s' c! D- O

4 D/ P8 X$ n4 s" E9 e4.2.2、输出电压纹波：
- p2 k. d3 \. q9 N6 b1 X
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。
$ ^4 A# o, |. F

( N9 n+ N9 z" V7 x# v

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

/ x* ?$ R  r" k0 F) `

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

R&N @ AC264V/50Hz,No Load

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

4.3、保护功能：
5 ~! W) [: m( _' C
* g) I2 }, a- Q- D, \8 s以下涉及过流保护、短路保护的测试。

4.3.1、过流保护：
8 F' s: Z/ t- B- n3 f
3 `* @; M* x9 m+ I* w' a. V

4.3.2、短路保护：
# k  c9 s% W8 E- L6 U* U
7 y* I9 B. N2 s3 C7 O+ b功率计电流量程2.0A,开启平均值模式测量。

4.3.3、Peak_load 功能测试：
, `- r/ a  D# ]; r
3 Y# b, c3 D/ E! I+ V+ P) 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。
+ D- F+ U! K/ a( r+ h( g
  r2 |6 Z  ~6 _

AC115V 发波周期12.6mS，Vo 最低15.6V

* B5 |9 F% n$ S  e; W

AC115V Peak_load 功能升频151.52KHZ

AC230V 发波周期11.2mS，Vo 最低18.2V

# D/ _/ `8 ?$ g/ B

AC230V Peak_load 功能升频151.52KHZ

4.4、动态测试：

. f0 a% d; L# G* o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)
; d& i$ q/ Q6 a2 }

AC90V_5ms

AC90V_10ms

0 q- x0 |' O  A% g# r

AC264V_5ms

AC264V_10ms

# L8 ~, D# T% X. j+ i, r4.5、系统延时时间测试：

7 |4 W2 V8 s9 }5 t

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

, r# K! u3 p) E" q# f$ }

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

2 l3 b3 h( K$ k: I

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

$ e0 L0 w( a! k0 j7 r8 ?

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

4.6、其它重要波形测试：
# Y2 [: P; q& U' F
/ V9 Y: h; B# f5 |; o/ z) W* A

AC90/60Hz，100% Load CS 波形

6 o  M" b! W2 M' u

AC230/50Hz，100% Load Gate 波形

9 D; Z9 @4 M" ]( l, O

AC264/50Hz，100% Load 输出肖特基波形

5 Q: t1 H3 _% n3 f5 K: Y

AC264/50Hz，100% Load MOS-D 端波形

; ?6 R3 z" f! d- R05、温升测试
/ \, {/ N8 U3 C- l  a7 T" P
( Z5 ^" W8 g) o测试条件：带外壳在40℃环温下长时间带载3A 老化。
$ _; w& b5 d. g/ b; r/ J6 u$ K

( M3 T9 u2 w# ]06、EMI 评估测试
7 E* l* @# a3 U  R) [
测试条件：

输入：AC115V/230V；水泥电阻阻值6.67Ω，带线1.5M 18AWG 测试；
6 ~" U) Z0 l4 {1 h- {限值标准参考：EN55013、EN55022B。（测试结果仅供参考）

4 K& ^$ I; [+ U  ]

AC115V 传导L 相

AC115V 传导N 相

4 G4 G. ~5 b7 X) s

AC230V 传导L 相

4 h# N0 f' n9 c3 A9 T- R

AC230V 传导N 相

3 t: B; W/ y! J( A: w! k; H3 m

AC115V 辐射

AC230V 辐射