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

$ [( Y! H6 g% |& Q
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。
$ T' S. [/ x% ]& a" C: s" x
5 L+ z8 V0 B. E+ y8 Y+ I6 L01、样机介绍
% o% V! ]' g7 l
# m' ]% Z* A, D4 h# ^$ Y4 W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。

3 @/ M' T3 i9 r6 J: Q. O0 \

CR6890H_20V3A 工程样机示意图

CR6890H 芯片

/ e! o3 G; |7 L5 xCR6890H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

  \8 o5 b" a- k8 o较低的启动电流 (大约3μA)

, V/ M* w8 @  N7 c$ l内置软启动减少MOSFET应力

带有Peak_load 升频功能；
# o1 t9 a7 w/ _8 g3 u/ i
4 F7 [: v% [- v/ e  e1 m6 sCCM+PFM控制模式
# H/ g& X$ W$ g5 S6 G# t( w; t% S
内建同步斜坡补偿，消除次谐波震荡

: A% U5 _: b% d$ k& p: m( i1 S内建频率抖动功能，降低EMI

2 P5 H+ S8 J* Y5 ?, `6 g2 V& _内置65kHz开关频率

轻载降低工作频率

: v0 v6 ~; _$ `: f* K+ S15ms倍频模式

可编程外置过温保护并进入latch

* B8 ?& E7 U( V8 {- }VDD过压保护和输出过压保护功能并进入latch
0 n& V- Z2 a; K$ l. q: ~) @" m! A
内置前沿消隐电路
. F- q$ Z6 U6 ]1 S2 `6 N
' B% ~5 l2 [- e* r6 ^( S内置输出二极管短路保护

0 Z. U* o' F( |* F7 H内置过温保护并进入latch
" J: I( S1 L- J7 Y# i+ G7 Q
+ l) I5 N& S: g' s, k+ k& G$ c- i过载保护
) i  {, G7 A% Q6 E; {& A( f! D3 e
! n) g& @( s  `% Y/ r% H3 t" ASOT23-6L封装
( u$ _9 m" E/ e8 w% b; b' M
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。

基本应用

AC/DC适配器

- D/ z/ f) N9 F3 h电机类适配器

( K% n6 ?8 c1 [! A! j2 X: F+ P充电器

. W' }, Q9 `* z存储设备电源

典型应用

+ f, {2 G5 g: O% d管脚排列
  A- T/ z9 m( L

管脚描述

3 |  l" Y0 w6 m/ P! n* ]9 b' a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。
6 c& x8 b2 M/ O; k
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。

& c4 n/ }  S. F02、样机特性

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：
; U. b* w1 ~9 ~" O  k* h

/ c% k; g1 Y: q' x1 d( b, ?
! }& t; p& E/ U5 ~7 @2 }2.2、输出特性(PCB END)：
" w+ e, ]( p- N3 {$ y/ D& \

2.3、整机参数：

2.4、保护功能测试：
& J9 Z/ o) |( E; E( R6 a* s" @- k

( P# V# r3 n) L/ k! z) C2.5、工作环境：
6 h, `" C" M" o7 c2 }/ H7 R

1 ^& k  Q6 |; v  b
+ z$ T3 `  o1 u2.6、测试仪器：
% O- r1 d* k- d. \/ I& w% B

03、样机结构信息

  I. Q9 S4 O& ~  ~4 H) u9 h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 a; B( t# ]6 e" N" K% D
3.1、电路原理图及BOM：

3.1.1、原理图：

9 _; N* B. i2 x/ N* `) G

. d" \+ x, J2 j; t3.1.2、元器件清单：
$ i8 s% {: A  W* c' a4 ~

3.1.3、PCB 布局&布线：
$ r3 D9 k* j+ e4 v; i

PCB 顶层布局

" ?0 u/ t) ~' j, D' a7 t

PCB 底层布局

PCB 底层布线

3.2、变压器绕制工艺：
: U, o7 U' u5 h
  F( h' z, g# L3 i9 A* h3.2.1 电路示意图：

3.2.2 、规格参数：
2 y+ i! [+ X: H3 f; \% c
1）骨架：PQ2620 磁芯（5+5PIN）,Ae＝119mm²；
2）材质：TDK PC40 或同等材质；
! G* G% }8 q- _/ @% O( r" r3）初级、反馈: 2UEW 漆包线；次级: 三层绝缘线；
& J9 ]+ `9 ^! R* Q$ q4）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）；
7 ^" Y# t5 H( z7）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）)；
: P3 O+ U4 C- t: d7 n8）耐压测试= 3.3KV 5mA 1Min；
9）成品要求:浸凡立水；
, d& q& K/ n( [# N
' z# Q' O& `% N* y& h  d- o3.2.3、变压器参数:

; ]) p/ h* m7 h% H+ q9 r5 F4 W, f

) c: g# J5 {) C& s3.2.4、变压器结构图：
6 R! |/ \' k' @; R/ U3 N5 J

8 _. u) {1 h! r  t04、性能测评
2 C+ U4 s  b4 N5 A; s* Y
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。
. f9 N7 L7 I; x+ D, c# z8 c! p
+ d$ y# u" T2 I7 @! p" Y9 O& f4.1、输入特性：
$ u4 D0 {+ H) F( `
, |# X- Y, ?' g: W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
9 @; t8 g4 A% ?; x5 V( {$ W- l& Q, Z

7 \/ P6 O5 [# R2 t表2 输出接1.5M 18AWG Cable100%负载下的输入特性
- v3 S- E$ {# f0 T5 t) ^

1 Q+ o) B: t) }8 r. Z& J% @表3 效率测试（1.5M 18AWG Cable）

表4 效率测试（PCB END）
0 N4 [# [+ L9 i1 K: q4 z

表5 能效等级评估（1.5M 18AWG Cable）
' Q3 |+ J0 W4 K! \4 U# v4 M

4.2、输出特性：

4.2.1、线性调整率和负载调整率: （ 1.5M 18AWG Cable ）

4.2.2、输出电压纹波：

/ E+ m, M  D: v7 l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。
1 J5 \% n0 t0 S  h+ C4 r, I
* Q$ }2 j# h1 c; @! L

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

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

R&N @ AC264V/50Hz,No Load

% r5 \: Z6 ~$ p4 O4 b) S! r

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

  D  l( V  Z3 S, J% q- p7 d' X4.3、保护功能：
" s/ W% L: w& e9 N. M
6 n9 ^. g7 x8 r! e& @7 D& S# D以下涉及过流保护、短路保护的测试。

/ V2 m- m- p0 V# u. {- ?4.3.1、过流保护：

4.3.2、短路保护：

4 ?5 X$ p2 e7 I2 Y8 O3 n& E功率计电流量程2.0A,开启平均值模式测量。
: ~2 g# W6 R6 q

4.3.3、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。
0 |. |6 T( X- Z' x8 }
  W* u; o4 k' V2 J4 q

AC115V 发波周期12.6mS，Vo 最低15.6V

AC115V Peak_load 功能升频151.52KHZ

' e: R/ U& U5 E* O+ C9 D- u3 x

AC230V 发波周期11.2mS，Vo 最低18.2V

( o7 `5 B$ T  Q2 `/ l- C2 \

AC230V Peak_load 功能升频151.52KHZ

, L7 s  j# B3 }/ F7 w' e4.4、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)
) C( m9 M( w; t: J& l2 \: L( q7 A6 t5 P

AC90V_5ms

AC90V_10ms

3 _3 X  A( V2 v) c% w$ Y0 Q% l

AC264V_5ms

AC264V_10ms

4.5、系统延时时间测试：
+ U, ?6 f% [4 P5 t' [

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

) j4 P$ z# K9 s% Q

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

4.6、其它重要波形测试：

AC90/60Hz，100% Load CS 波形

AC230/50Hz，100% Load Gate 波形

& N; p; V+ z. k6 ]& b9 E, p

AC264/50Hz，100% Load 输出肖特基波形

AC264/50Hz，100% Load MOS-D 端波形

05、温升测试

( A. h; ?" f3 H& f5 i测试条件：带外壳在40℃环温下长时间带载3A 老化。
7 Y2 [) L' S1 X9 X3 M& Z3 Z, u

06、EMI 评估测试
! |' i" r- S* i) O
3 @$ _% |( ^+ l" c测试条件：

输入：AC115V/230V；水泥电阻阻值6.67Ω，带线1.5M 18AWG 测试；
0 K$ O# g0 _1 Z0 ]) A限值标准参考：EN55013、EN55022B。（测试结果仅供参考）
: `% X+ K9 u2 [, K
) p* N# o: t  P" ?# I3 L2 s

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