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。
' l- A+ O4 t, I; p. X1 e. e
. k) L/ W0 d5 g01、样机介绍

* v+ P* D- ]$ ]0 ]3 B- o5 l; `3 O$ C+ z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。

CR6890H_20V3A 工程样机示意图

: n3 l( r; t0 H, H6 P+ p; hCR6890H 芯片
2 D7 U/ I6 g! \2 c& ?8 E! k( R& V
& H$ ^/ v3 Z. Y( _, u. N& h. l) 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。

% e' n( i1 D8 t( ]特性
, W# F* v. D, x* q5 z. ^# _
较低的启动电流 (大约3μA)

$ l# M' m  I1 A; Q& r$ q内置软启动减少MOSFET应力

& L: a( S9 o& T3 V/ n带有Peak_load 升频功能；
, }! E% R3 |- P  {6 p' o
3 F/ {& g! N! m9 G& [CCM+PFM控制模式

内建同步斜坡补偿，消除次谐波震荡
; t* V! G5 i' e- {
内建频率抖动功能，降低EMI
9 y) S/ w  u2 c& \4 h
内置65kHz开关频率

轻载降低工作频率
: O' L% c1 B, B. T3 w. R
) w- M- p6 |6 K8 k+ G/ Y3 O$ E* {3 Z$ o15ms倍频模式
* {; _0 H6 o& g7 v; s9 w
8 _8 n  S% P$ T6 N4 F( Q6 [" L可编程外置过温保护并进入latch
  @6 k! v# [/ z9 A* m
VDD过压保护和输出过压保护功能并进入latch
0 n1 ?# ]( m& S. d% u
内置前沿消隐电路

内置输出二极管短路保护

2 F. n. x0 r0 B" D( K3 N, W% l内置过温保护并进入latch
3 e8 \. @4 z8 b( D2 c6 I+ y
过载保护

SOT23-6L封装
: L: z6 `7 K" w: Q, }. C$ ]4 _
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

0 E! Z' C! _& l# m. V$ v  r2 ^AC/DC适配器
% b, {( z4 l( W" H. w
电机类适配器
& j$ J, F4 g5 E) |4 }
充电器

! k4 X- ?" r0 Q  ^6 b. h+ N) W% [0 _存储设备电源

典型应用
* d4 l8 J( j& l% q( `: I; A+ J2 Z

# A5 J8 \' x  }( u管脚排列
5 G$ {- y+ E6 k! x4 o) i, I6 z
$ t" P. W+ p; q& p

管脚描述
% z7 T7 i: S7 |- j" _
2 q! b' m! g8 z9 ]9 K  E

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。
$ V" ^* e2 K- R( u
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。

7 @4 P+ `, ?1 x$ L/ a02、样机特性

$ ^& U4 |9 ], Y6 q3 }# N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。

3 E9 X7 M& K. X; q0 y2.1、输入特性：

3 f0 Z: A; ^$ K- d  V2.2、输出特性(PCB END)：

( L. ^( Q) A7 K2.3、整机参数：

2.4、保护功能测试：

2.5、工作环境：
  X& [- r! V  P- e1 S: P# A5 W

& L  z5 M- H* x, b- d
' K1 V* Z) m* r! f& k2.6、测试仪器：

03、样机结构信息
" a! }* o) E7 s! x$ y  l, y
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 W1 `9 O* I5 L, f" t) b9 x
! `. m/ [9 _$ Z& _% ?3.1、电路原理图及BOM：

3.1.1、原理图：
& |7 U; F( K# J7 s2 p3 V# \, S; W# E

3.1.2、元器件清单：
0 ]" B! @5 Y, }
, }+ p) y/ j7 i1 w4 f

3.1.3、PCB 布局&布线：

PCB 顶层布局

PCB 底层布局

# _% M; E1 [; n8 D" H

PCB 底层布线

3.2、变压器绕制工艺：

3.2.1 电路示意图：
' h3 D5 E, f& R

3.2.2 、规格参数：

; T0 h' Y5 b. n0 y+ O1）骨架：PQ2620 磁芯（5+5PIN）,Ae＝119mm²；
* h+ s( m% [- Z+ Z0 K2）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；
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；
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）；
# ~6 j9 }" X9 ^1 E7）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；

, R' X. k/ Q' y* B. i3.2.3、变压器参数:
+ _2 O& E6 E3 ?4 m( d+ c# @0 k

3.2.4、变压器结构图：

% ^6 B  g+ B" {6 @4 g04、性能测评
& N) U# W, a- m6 \% z( f# O
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。
) I- [) h: X& i% T! C* b$ |! c$ G/ U
* Q* Y, H) e" H2 X( C# I4.1、输入特性：
7 i, O0 i3 i% `
6 p6 Q) ^7 M. 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。
$ Y- Y# E0 \# \$ a$ B
' i# W" E# }1 G, d& X( n: h表1 待机功耗
: r: W$ v% p+ y

表2 输出接1.5M 18AWG Cable100%负载下的输入特性
# A: h2 X7 C, C' r( P

表3 效率测试（1.5M 18AWG Cable）

表4 效率测试（PCB END）

表5 能效等级评估（1.5M 18AWG Cable）

+ l7 b3 Y* B3 F3 w6 ]4 {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：
8 b+ F, F  \6 g* S6 X  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。

: C+ j9 \: m# m; Z& @

9 |  r% E! ^, D

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

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

R&N @ AC264V/50Hz,No Load

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

4.3、保护功能：

' l1 T, _- `9 ~9 r7 D# K, J以下涉及过流保护、短路保护的测试。
, Y  w( q/ G' S: D
# \" C- a" Z7 f- I4.3.1、过流保护：

; P  N8 B. v, V+ N/ ?$ Y4.3.2、短路保护：
# b" A, _" G9 h
& `; {3 F. l8 q' ^% v2 q功率计电流量程2.0A,开启平均值模式测量。

' U6 t: r5 O. f8 F

' f; f; I6 U/ I' U* K) ~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。
9 R6 A: J" }2 Q% p3 a
) M5 e8 f5 S% b

AC115V 发波周期12.6mS，Vo 最低15.6V

+ v* }% z5 N0 Q

AC115V Peak_load 功能升频151.52KHZ

AC230V 发波周期11.2mS，Vo 最低18.2V

" f% U2 Y3 L9 ~9 T. E2 l

AC230V Peak_load 功能升频151.52KHZ

3 D- G2 g* w3 w3 [  o4.4、动态测试：
. H' R) M" }* A* e
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)
' a" s( g: k& c* p, L) X; S2 G$ }
" T: b; e1 B* ^9 z3 x- T  o

AC90V_5ms

AC90V_10ms

3 O5 q" Y4 J/ c1 [# ^$ A

AC264V_5ms

AC264V_10ms

* ~4 W, ?* b3 }) r. \/ h$ E8 i4.5、系统延时时间测试：
) s* m( C) {) g- V

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

; }0 Z. |/ N+ L& A% ^# Q

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

& i9 X/ w' D  W) X. I' G

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

( k/ A" n9 ^  a2 A9 Z- u9 }

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

4.6、其它重要波形测试：
' I9 Y/ Y5 ~8 H8 q2 X& L

AC90/60Hz，100% Load CS 波形

% A/ K5 s7 A- ?, i! N, d% V$ P

AC230/50Hz，100% Load Gate 波形

AC264/50Hz，100% Load 输出肖特基波形

( D! \. @7 B) R% k6 D

AC264/50Hz，100% Load MOS-D 端波形

* H/ Z  c5 }) _, y! z4 b05、温升测试
. D0 e- V: |9 ^
测试条件：带外壳在40℃环温下长时间带载3A 老化。
/ y3 j+ ^1 f. ~' v( O

1 v  Q4 @8 @/ d4 F) G; _06、EMI 评估测试

测试条件：

) V8 r* f( G" T" {输入：AC115V/230V；水泥电阻阻值6.67Ω，带线1.5M 18AWG 测试；
$ B& E9 j; N2 w4 w3 [, z6 @- V限值标准参考：EN55013、EN55022B。（测试结果仅供参考）
" P8 O, K1 s* [2 A' x

AC115V 传导L 相

AC115V 传导N 相

AC230V 传导L 相

AC230V 传导N 相

7 A% b# N8 p3 M6 \

AC115V 辐射

# g7 d2 E/ D7 W4 w7 R5 z5 }; L

AC230V 辐射