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

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。
) g' f- s. {, Q8 e2 l( v4 E+ f
% ~5 G, E$ `7 x01、样机介绍

! j5 Y  e6 m6 g- @2 G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。
1 `* ]1 s; }" g( D3 o- R3 W" i

CR6890H_20V3A 工程样机示意图

. ]3 t; a' q) H- S$ C; FCR6890H 芯片

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。

- n  z! \0 u3 M; |( k9 k特性

较低的启动电流 (大约3μA)

内置软启动减少MOSFET应力
: D* J% h8 _1 J$ Q- t+ u/ Y9 \: e6 C
9 X7 b$ _3 d# ]) n  \2 d4 Q, P带有Peak_load 升频功能；
2 g8 Q- t( D  q5 r
CCM+PFM控制模式

; O0 s3 X' ~) R- ~7 a2 M: S内建同步斜坡补偿，消除次谐波震荡
& a& l* W/ g% l+ n, I0 c2 i# Y5 x
: k$ a4 B" u/ c% ?$ D  l内建频率抖动功能，降低EMI
, C* r/ r. N( J) ?( ]
内置65kHz开关频率
8 f" H: H/ S3 R7 Z
" O4 y' H* a% v# E" y轻载降低工作频率

15ms倍频模式

$ B( N9 Z% ]) u/ c! u8 I, X6 h可编程外置过温保护并进入latch
- |' i* p) P' U% P% c0 H2 Z" ~
VDD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
- F9 i+ X) \7 S
内置输出二极管短路保护

内置过温保护并进入latch
" s9 n& h0 Q6 ?! Y- J! n: y
过载保护
' J8 e2 E5 _  O0 y
3 u: k/ ~  n; x2 TSOT23-6L封装

% r8 x0 J1 i- N! }) E  c" 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

( }" N; r9 V! T) {* J电机类适配器

) ], p+ S2 {& T) P. H充电器

! m5 k+ q0 B6 k存储设备电源
9 H( A# }( G8 `/ [
& q# @& d. z/ V+ c2 I3 M5 l典型应用
9 ^" N" h: [/ Y
3 g, R* C4 n" E- ]: m

管脚排列
# U" s9 U, w+ m2 t' i, p' q
) I  P9 C; I# _/ x) m

管脚描述
- v9 ?. @8 D9 w" K2 v' z8 G
: ?8 c& V5 k1 b: v! |+ y2 F

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。
1 @9 @0 h: D% @' D" L' z
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。
: q' `/ l! X( X; `7 q" q. A
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。

2 f; I' E% N" h2 w$ }02、样机特性

7 a) s9 f/ M: F0 _1 _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 [* Z! z% Y7 w  q' G  U9 l
2.1、输入特性：

0 ~% i) t7 }0 d0 q( w
2.2、输出特性(PCB END)：
4 W0 c* s2 w1 Q  I7 V+ C# g

4 Y& X8 g7 [# y3 j2.3、整机参数：

0 q5 n$ l, @! t/ Z8 z2.4、保护功能测试：

9 A& ^/ j1 [& {. B0 G2.5、工作环境：

/ Z9 o. S% M, ]/ ]/ n
6 U9 x7 Q. D; ?2.6、测试仪器：
+ W2 f5 e) g6 E- {% ?

03、样机结构信息
* h: b9 X8 M1 T! Y9 X  X# p
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。
* s- b1 G' y& }. Q/ C& q
8 V4 C" w+ J  z' S3.1、电路原理图及BOM：

3.1.1、原理图：

/ S4 `, U, D; Y

3.1.2、元器件清单：

  n) r' W  I# J, a* G+ z2 g

3.1.3、PCB 布局&布线：

PCB 顶层布局

PCB 底层布局

PCB 底层布线

3.2、变压器绕制工艺：

. i' H% ]' ~( C* ?, _3.2.1 电路示意图：
$ F0 S$ U- L9 S, d% w# {. `0 D9 e

; Q4 O: I, ], O% L- j/ Y8 f3 x3.2.2 、规格参数：
/ @4 t; j; _/ c5 R. ]1 n3 F& Q+ E
% K5 w# P3 y2 X2 R) j0 ?1）骨架：PQ2620 磁芯（5+5PIN）,Ae＝119mm²；
2）材质：TDK PC40 或同等材质；
* B( x  O5 F( f- S$ m* W3）初级、反馈: 2UEW 漆包线；次级: 三层绝缘线；
0 O: E/ U% i( _% 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；
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）；
, p9 w7 ?4 g4 S2 \8 r7）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；
" k. x: G" `, D  R1 |6 `
! o6 X7 s- J6 F& c# b3.2.3、变压器参数:

4 ~5 Z* {1 E, ?+ h! J* A6 u# {3.2.4、变压器结构图：

7 G4 a$ e8 Y% C2 h/ V04、性能测评

* O/ T1 H( V  {  R$ B) R' m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 ^9 A# m; w) @% i; C! M
7 J7 H; `7 ^( N( Z, N  E4.1、输入特性：
/ e  F$ G2 Q' F& E/ z" J; `
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。
) [: r1 m) |' f4 L4 h3 w- U* d
9 |* z' ?3 g1 O: I. [2 K; n# r表1 待机功耗
) k7 i. L6 w& t$ ]* s1 _. j# [5 c

表2 输出接1.5M 18AWG Cable100%负载下的输入特性

7 D. D" o! j% f9 E8 U3 Q. G2 o表3 效率测试（1.5M 18AWG Cable）
% g& {" J5 T& X! [: X7 w0 y

) {& f6 `8 J2 m, m9 |. {表4 效率测试（PCB END）
2 m; j2 L( z* c+ Z1 A, N

! d( ^" h/ \6 \- O6 z* H表5 能效等级评估（1.5M 18AWG Cable）
, k" }- [. @3 c

. s7 @, E( d  b% V3 X4.2、输出特性：

8 d- B5 o3 K; o; E) P6 T* X4.2.1、线性调整率和负载调整率: （ 1.5M 18AWG Cable ）
& {; R4 t7 k7 }7 ]* K0 f1 X2 Y

4.2.2、输出电压纹波：
! e8 x2 e3 \4 B0 `
; E% f, _3 K4 M- X7 h5 t1 x  q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。
0 w5 Y3 h: }  N" r

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

! U: s2 R% P) P' L6 P8 d2 D/ B

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

9 N8 S, l) s" }# T

R&N @ AC264V/50Hz,No Load

5 L- a; v) f/ n+ c1 ^1 Y

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

# }# ?8 a/ A. k& e3 W$ v0 @+ ?4.3、保护功能：

! V- F# D0 c! ~# F8 L以下涉及过流保护、短路保护的测试。

5 ~6 q0 I: v1 ]6 [4 R9 E4.3.1、过流保护：
+ j3 U' ?9 y9 j# s" V
: a6 N& W% _0 G8 V* q8 c! y3 N, k

" M2 x7 F6 r6 M% s) G4.3.2、短路保护：

8 R6 x  [6 n- G7 K% \" S5 f功率计电流量程2.0A,开启平均值模式测量。

7 \/ k2 s' ^" B6 F1 @$ \' i3 ?

4.3.3、Peak_load 功能测试：

) r$ ~" Z1 Q7 _: j* x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。

AC115V 发波周期12.6mS，Vo 最低15.6V

) Q' }0 J3 ]* A

AC115V Peak_load 功能升频151.52KHZ

AC230V 发波周期11.2mS，Vo 最低18.2V

AC230V Peak_load 功能升频151.52KHZ

* }5 f- p1 D6 |4.4、动态测试：

: i& u( ]% s  f, K' x" T' ]# }- R% ~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)
7 o* ?* `2 l7 `

AC90V_5ms

AC90V_10ms

: F& R, u* U+ Z; V8 v$ \+ h1 C

AC264V_5ms

AC264V_10ms

; Z% W, ?1 u* H1 T! @: r4.5、系统延时时间测试：
. U( k$ @0 p9 M

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

- y; T; F$ Z% I5 |0 }0 u

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

* j) y. E, y# F3 U0 j- z4.6、其它重要波形测试：
4 z) @! A7 }) [
( B. }1 W( T6 E" I2 ^6 v6 N

AC90/60Hz，100% Load CS 波形

& H. M" L- Z' m8 n! r

AC230/50Hz，100% Load Gate 波形

AC264/50Hz，100% Load 输出肖特基波形

AC264/50Hz，100% Load MOS-D 端波形

9 ~& l6 s  Z7 t$ D05、温升测试
: ~( f3 p1 F+ x# S* j7 B
测试条件：带外壳在40℃环温下长时间带载3A 老化。
; |" j6 N/ b6 @, n& k

" T3 _2 Q' R" m7 N8 E. ~; q06、EMI 评估测试
! h, \3 _; `  m" r% N$ R, y8 B
测试条件：

' y: U, J% ]! j# f# I4 f* M& L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）

6 ^- M' s7 c6 i8 n* E$ k% h

AC115V 传导L 相

AC115V 传导N 相

AC230V 传导L 相

AC230V 传导N 相

/ D4 w* s+ K+ e# D' a& f

AC115V 辐射

0 }; y6 w7 @. n4 e* s

AC230V 辐射