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

4 N8 F' L( `9 c. v' x" l) H( C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。

  z- Y9 m+ d- d4 h; e6 \01、样机介绍
& Y) ~0 F5 y2 S5 g
. G' i. P% w9 b) ^1 S3 F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。

2 v; H! s3 t/ g$ @. \+ H

CR6890H_20V3A 工程样机示意图

& J3 W4 e- Y. ^& sCR6890H 芯片

1 r9 B, J' m3 M3 T* j. GCR6890H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。
2 |3 c& M2 o6 T2 a7 R8 d+ J
特性

较低的启动电流 (大约3μA)
7 ^* ~* e$ X1 u$ Q1 q* Y: s3 l
6 N5 q, f+ y3 P7 Z% i内置软启动减少MOSFET应力
+ ~% E- K1 x& P& [" W1 n9 ?
带有Peak_load 升频功能；
- y" t. W  p/ w. s) ~0 j; h5 B; _; ~
CCM+PFM控制模式

内建同步斜坡补偿，消除次谐波震荡

内建频率抖动功能，降低EMI

6 c$ p; D7 O1 _$ O: t内置65kHz开关频率
7 b: D& O" r) W9 e( s6 D# M* p  S
4 n2 t0 y9 `) c' E: @* w( u5 B6 g轻载降低工作频率
# m  a* b% L& R/ L! S9 x$ z
2 m8 R3 n! p! ^! G, p7 V3 ]15ms倍频模式

* A% I4 O& G3 O- [3 |可编程外置过温保护并进入latch

VDD过压保护和输出过压保护功能并进入latch
1 H/ ?$ R8 ^. d. V" q$ H
3 ?# g5 @0 R6 @2 k' o内置前沿消隐电路

" N! k* F! r+ Y+ o内置输出二极管短路保护

! x; m8 z8 [1 M/ {- S内置过温保护并进入latch
/ I" K6 q1 E: k& `( h% G3 Z- T( [
过载保护

SOT23-6L封装
9 m$ u8 ~, g  s5 n* ]
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。
9 W; S7 |1 W7 U+ @
5 H' M+ Y; J( k, _/ Q3 O基本应用
  s6 f6 Y# k5 {3 z0 S0 [" m! j
AC/DC适配器
  H* X8 l4 V2 c1 G" _6 Z: Y( h
电机类适配器

- e. Q/ H  S) w* K充电器

. g; v4 W) m( F* P# u9 r0 K! ~& C存储设备电源

典型应用
/ z) t) G% w) f! _! h

" b5 P' z8 J: s% [8 y% G2 ^管脚排列
( |0 Y: |1 F* n2 ^, a
& z( h0 L" y. x; w5 A% q# |

管脚描述

$ J3 s* v1 @* m9 a! s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。

" f% X, k; |$ l/ {3 Y# \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。
% C* `( w6 H5 Z! O* 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。
8 f0 H/ m: m3 a: j  H
, C$ p' A- d- H* X1 [02、样机特性

8 {: }6 ^+ l: N6 G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：
* q2 J) a% j5 X) R+ _  _

: A$ U) ?, S  e3 q% |) |0 B
2.2、输出特性(PCB END)：

' L( O9 }3 p$ U; B$ j
2.3、整机参数：
" o( x6 r! r4 P6 W

2.4、保护功能测试：

2.5、工作环境：

4 S$ r0 u/ G* e' s, V
7 G% t' l+ m* E8 P3 t' h& j2.6、测试仪器：

03、样机结构信息

* r; C: Z3 O" _0 h( 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。

9 w/ a' q3 d5 v% ^! f3.1、电路原理图及BOM：

1 [+ N: H* R( U) `5 G4 O& {% c0 V1 r3 ]- m3.1.1、原理图：
* x2 W) i4 q/ e9 o+ I/ \# m
# c$ B. t/ @5 p. R$ \

3.1.2、元器件清单：
: T8 ?9 N( U' g9 @

3.1.3、PCB 布局&布线：

PCB 顶层布局

$ z. B' H' n& W0 h0 ]( h4 z' b

PCB 底层布局

9 j( H6 E. H8 |( z8 r- T& s5 C3 |

PCB 底层布线

3.2、变压器绕制工艺：
3 C( y% T5 ]: `2 a
3.2.1 电路示意图：
" p# K! ?6 R7 |, @, I0 |

+ d% Y, E! H" S3.2.2 、规格参数：

1）骨架：PQ2620 磁芯（5+5PIN）,Ae＝119mm²；
/ \% o0 |7 ^& n$ h  W0 R2）材质：TDK PC40 或同等材质；
3）初级、反馈: 2UEW 漆包线；次级: 三层绝缘线；
( H- X2 k4 B& M) P$ E/ x) M" P4 G6 Z4）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；
- f$ U3 s& W9 N; G3 D6）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）)；
1 K7 B- |: Q4 u7 W: \" M* V( \8）耐压测试= 3.3KV 5mA 1Min；
9）成品要求:浸凡立水；
) U" G4 V) b' q
3 Q7 Z4 M* I1 f+ \+ Y0 H/ v& V3.2.3、变压器参数:

& z6 B7 q, s% B. E2 Y- Z

% R7 F5 s- h! o0 ~$ x! U3.2.4、变压器结构图：

04、性能测评

+ _1 ?: L3 |2 k. [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。
: l; v+ a$ U  j
4.1、输入特性：

0 Z* ?# `. D+ |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 v$ @' v( a/ v) s4 t8 B. x
表1 待机功耗

表2 输出接1.5M 18AWG Cable100%负载下的输入特性
0 ^) Q% f2 b* j) `

" w$ h# ~% S5 E& Q! b& c表3 效率测试（1.5M 18AWG Cable）
" A  [( _) n# l8 G; W

! w: W+ \. F, {* `( n表4 效率测试（PCB END）

4 q0 s- |- h7 G6 r2 B$ C* ^表5 能效等级评估（1.5M 18AWG Cable）
0 J" w( g) ]8 J( a' A2 E/ B8 z8 z

# U" Y- Z/ U/ C2 \. ^4.2、输出特性：
: N9 }/ m- h) l( S0 w* H  x
4.2.1、线性调整率和负载调整率: （ 1.5M 18AWG Cable ）

& O( j. v  |% A
4.2.2、输出电压纹波：
0 K" R) S' K7 f" Q5 p) m2 ]+ O
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。
  E9 s# _1 l! m+ k+ W/ l, T( o2 e
: a- k  n- ^& t7 x/ }

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

) s0 r5 g/ z0 F3 i- ^

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

$ c+ [; V, V3 t8 V: v

R&N @ AC264V/50Hz,No Load

9 K  u; l) i' w, }. g4 q8 C

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

. b+ Q1 o+ U2 H4.3、保护功能：

以下涉及过流保护、短路保护的测试。
  \/ m# L4 K! H0 m
/ |* N5 h- \# o$ y# {4.3.1、过流保护：
3 }* a! x4 t+ T$ h+ n# F, g

4.3.2、短路保护：
; f) W0 Q- C6 {! M
* ]- Z4 A8 ?! r$ J% @6 b功率计电流量程2.0A,开启平均值模式测量。

5 k7 v. F! R: ^; x. z" N

& I& T. _$ \$ c* u( w4.3.3、Peak_load 功能测试：
% c# {* ^0 Q6 [0 |, ^2 \- s
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。
7 I  n( i) m+ m; L' M
3 f3 q1 ~9 b6 s

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 f0 A% C& p6 F# T( }

AC230V Peak_load 功能升频151.52KHZ

4.4、动态测试：
3 l  s" o7 ?( _( |# M
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)

- m5 `" J" O9 v3 \

AC90V_5ms

AC90V_10ms

AC264V_5ms

% k6 R8 w; Q7 M# ^2 H& H

AC264V_10ms

/ W/ p& e% o/ x, o% @4.5、系统延时时间测试：

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

3 b6 c8 w  f" R" C

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

4.6、其它重要波形测试：
& U& A/ _- I7 z1 d1 [9 u+ v3 v, S  a
6 Y' k( e  E5 n3 u' F- R: h3 J  m$ l

AC90/60Hz，100% Load CS 波形

AC230/50Hz，100% Load Gate 波形

) e4 D7 _: F8 R

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

测试条件：带外壳在40℃环温下长时间带载3A 老化。
3 D1 c* |3 y0 `" c

06、EMI 评估测试
$ b- ~. j) v9 c/ U- n
测试条件：

3 I9 M" C( Z( a输入：AC115V/230V；水泥电阻阻值6.67Ω，带线1.5M 18AWG 测试；
4 \$ Y  S( S7 q限值标准参考：EN55013、EN55022B。（测试结果仅供参考）

AC115V 传导L 相

4 l' u. R: q8 r( ?# _  k9 W4 E

AC115V 传导N 相

8 y( \0 J7 `" ~- u. t

AC230V 传导L 相

AC230V 传导N 相

AC115V 辐射

3 _2 E5 z# k$ h5 c  E

AC230V 辐射