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

8 p& W+ W2 |( C9 A$ H$ G! b7 s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。
, C7 I# ^2 q* m4 Z* i& c7 f
01、样机介绍

5 y3 W. S4 I6 N& H* M9 O/ Q- S7 V+ k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。
) q0 ^$ X% `0 M! B9 _2 W& a. t
, e) l/ l3 }4 M3 }2 F) Z. A

CR6890H_20V3A 工程样机示意图

CR6890H 芯片

4 U7 n% {; `( L- MCR6890H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。
: l/ o7 O9 q- B# Y3 E* |; H
5 V5 h2 k1 N9 \( j# I: P$ B8 B特性
% m' ^: t6 {" G7 h8 z) l
较低的启动电流 (大约3μA)
/ q$ x) \  |7 p6 t9 T
内置软启动减少MOSFET应力
/ p, }# X* d# E
带有Peak_load 升频功能；

$ Z+ \" a! w; q3 S8 h" H3 ~: y# l8 }+ x, SCCM+PFM控制模式
0 e. O" a2 M0 l8 L7 \: `, x& X2 v# |0 Z
: }' L1 u2 j$ I& C  i内建同步斜坡补偿，消除次谐波震荡
# O5 B+ J, ]* b) o) z" F. X
% p" q: Q, @# T$ y5 ?  x内建频率抖动功能，降低EMI

6 t' C0 r* \$ m5 U1 Z' W  q" h内置65kHz开关频率
8 }5 D0 ?9 h2 ^/ d. A
轻载降低工作频率

15ms倍频模式

1 W6 J( l( b' {) q% H可编程外置过温保护并进入latch

4 }  p9 k" D4 Y! IVDD过压保护和输出过压保护功能并进入latch
. g. F9 B! s; F( L( ~0 g
% W: f5 o# `6 p: u# y% U; s内置前沿消隐电路
7 a  p& l! ^: d
4 m9 `( c. X* Q3 T, n" q# g# E内置输出二极管短路保护
" h2 S2 l2 ]$ k: C$ H0 g
9 H$ O2 e+ T5 @2 Z内置过温保护并进入latch
( {& Z8 C2 g* d+ u- N# S1 W
" Z1 r$ G* g! I. d; A过载保护

/ E5 K+ \5 ]  I0 N9 KSOT23-6L封装

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。

0 u! z3 P7 {& \% u! p基本应用
" c$ s5 D6 S( t9 I7 ~5 U
' ?0 f5 Z2 X- g! dAC/DC适配器

电机类适配器

5 |$ U$ r6 F9 \7 S0 l0 v; Y充电器
9 k- H: U+ v9 @! X
存储设备电源
) ]/ a3 C& d$ j( ]3 U2 [
$ {, B& o* s3 [) Q2 c, z4 G典型应用

8 g0 ^7 k2 r. @* r' v/ Z( ~5 [

管脚排列
1 P8 u$ g& x& B9 y0 N0 R
) B# G! }# a: |( u2 q- z! a

管脚描述
, S) j6 m1 y0 c2 Q8 v) q

7 q% w* _' {3 O1 j# l  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。
0 l: a) C: c- S. V
" l6 I! ]( d0 k1 ?* r: b% k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

) V, b( L+ i' r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。

4 F, T' w9 V" ~" L* U2 ]2.1、输入特性：

- h6 {3 J. g! e& i, P( ^5 A+ R- B- B2.2、输出特性(PCB END)：
3 Q3 U# h( L, M7 M9 l+ x

2.3、整机参数：
+ c5 s, q  t; a- M

) t% }% m+ \# b! q  y2.4、保护功能测试：

+ F) m9 u: g3 A: L2.5、工作环境：
5 ?" }5 Z2 K) \

6 @2 J9 \! a& c( o3 @7 {2.6、测试仪器：
& B& `7 h2 G: B. B

03、样机结构信息
' d! ?* F0 D5 X  w
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。

' h8 O! T8 o3 J4 z7 {$ I3.1、电路原理图及BOM：

/ s6 y- x  k5 x6 J6 E' U3.1.1、原理图：
) c1 g/ e$ P& C4 k

, b  u6 P5 v" N, n7 Z$ [3.1.2、元器件清单：
+ b) m3 w; W7 k8 U0 M7 E
6 F# W7 I+ @8 L8 g7 X

3.1.3、PCB 布局&布线：
0 ]: b' c! a+ y! t
. V; y# P2 Q7 X# i

PCB 顶层布局

PCB 底层布局

PCB 底层布线

3.2、变压器绕制工艺：
1 B& U0 P, |  @; M# M* z5 x2 a
3.2.1 电路示意图：
! \9 K1 V% G3 U5 ]

3.2.2 、规格参数：

1）骨架：PQ2620 磁芯（5+5PIN）,Ae＝119mm²；
. i5 n7 P6 R9 B0 ~- |2）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；
3 ]) `. P  {  O3 }+ S4 g. S, H6）初级绕组感量Lp：0.6mH±5%（测试条件：0.3V，10kHz）；
5 r2 N3 V7 c3 l. t" J/ h7）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）)；
5 w- T) p# F0 v; v8）耐压测试= 3.3KV 5mA 1Min；
3 S" P* {3 |9 R; u9）成品要求:浸凡立水；
5 d) ^5 I) g3 G+ J
& x( M  M3 X) p/ Z5 Y3.2.3、变压器参数:

; A& K, k. X( |$ x" Q# j# }! g1 i

- z4 A5 u0 [$ \8 i& G, u# |3.2.4、变压器结构图：
5 z1 e: c& M& y) p2 o# v! ?* @  M( P

) ^4 T3 @& w, }04、性能测评

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。
" C. y, ]% @+ j7 O5 r5 S. a
4.1、输入特性：
" l3 l; p" U0 m& o
: a; P$ n4 B7 }! ~8 x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。
3 R# v# Y- p0 Y1 `  a: g
表1 待机功耗

表2 输出接1.5M 18AWG Cable100%负载下的输入特性
+ F% u" }, C2 ~. w5 O/ H% j

表3 效率测试（1.5M 18AWG Cable）

! L# q' L- G7 V6 R: F表4 效率测试（PCB END）

表5 能效等级评估（1.5M 18AWG Cable）

. l8 b+ d% I$ x, C. J( g/ f2 p- ?4.2、输出特性：
! E- l0 j% r7 M6 f
4.2.1、线性调整率和负载调整率: （ 1.5M 18AWG Cable ）
4 w" ^# F5 {* q8 g

4.2.2、输出电压纹波：
+ @) h4 L' M: }# N* U* q) x
3 X" u) I4 q5 j- a0 P2 e$ W* h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。

5 \: _" S: A) `' Q6 r

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

" B) `6 p( I( O/ R1 c

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

3 a- E4 `% d( B3 U

R&N @ AC264V/50Hz,No Load

8 `0 N7 b! z" y  F& p

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

3 {; ^- M, z* x# m& O, ^4.3、保护功能：

以下涉及过流保护、短路保护的测试。
( D3 o- W; V1 ]8 K/ b: u" j& g
7 n) j' s6 m; {. {& U/ q% v4.3.1、过流保护：

3 C7 X4 f3 A9 W' s4 A4.3.2、短路保护：

- @2 {/ Z9 i7 o1 _+ p' G功率计电流量程2.0A,开启平均值模式测量。
( Y& x, W: A- v. ?5 Q: v

6 S& k' P/ p3 S: c; h9 h1 V4.3.3、Peak_load 功能测试：

6 E( z3 o, ]1 T2 b3 G+ S# q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 o! S: N9 ]3 ]- g8 f: m5 r

AC115V 发波周期12.6mS，Vo 最低15.6V

AC115V Peak_load 功能升频151.52KHZ

9 }& T% T8 v6 d( d. d5 @

AC230V 发波周期11.2mS，Vo 最低18.2V

AC230V Peak_load 功能升频151.52KHZ

4.4、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)
6 L/ q$ r. h: j( s. ^5 ?% \
/ n- V8 X  }' m) X( b( M4 h% U  T, F

AC90V_5ms

AC90V_10ms

# w  e. T* e7 r- c- P% [

AC264V_5ms

AC264V_10ms

! O  A2 ]) j" W: n6 Q3 m5 m4.5、系统延时时间测试：

1 v: x1 E. e. U+ D8 z

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

# p' @: p7 g1 l

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

9 P0 p/ @" h7 Q. w

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

$ V% p4 F7 r  ^/ ?( {4.6、其它重要波形测试：

  S- c: x2 p$ \. Z9 c- ]

AC90/60Hz，100% Load CS 波形

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

2 \0 f+ t2 _$ S! J( ^- U05、温升测试

: {2 T. b3 S$ [7 y* v/ Z8 Z测试条件：带外壳在40℃环温下长时间带载3A 老化。

0 C) u' x" }7 r: s9 k06、EMI 评估测试

测试条件：

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）
+ ^" \+ V) N, E( f8 e) u& I
# D8 D: j0 r' E, Q2 _% P

AC115V 传导L 相

9 H: V# x) v) k5 o6 l

AC115V 传导N 相

8 ^4 ~/ q, [1 H! e: M2 {

AC230V 传导L 相

. v: C% {5 g5 e. w1 z+ m) ~

AC230V 传导N 相

AC115V 辐射

AC230V 辐射