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

3 U& q1 X! O5 P+ X2 ^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。
, ]6 l$ |! g6 E, L+ c
01、样机介绍

& V; U& t. Q8 {5 o2 ]. {$ E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

: O/ \7 w' j6 f* W5 JCR6890H 芯片

) g3 B/ t( I0 x3 a  hCR6890H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。

3 |4 j# P5 i/ t# _2 V- ]! d6 }特性
6 I) z' l' a* ]& n
较低的启动电流 (大约3μA)
7 N' l2 o" @3 R8 p1 d9 W* P
9 e" F) O8 |6 K! d  ~4 u; Z% ~内置软启动减少MOSFET应力

5 W) T* F( w; [. O& b$ i( s) ]带有Peak_load 升频功能；

CCM+PFM控制模式

; A* P; Y3 i5 R! K: O内建同步斜坡补偿，消除次谐波震荡

# S9 E  w. p" m, `# J8 N+ o2 L$ r内建频率抖动功能，降低EMI

内置65kHz开关频率

7 ~( @& s1 r+ x9 G6 ^' r% ?轻载降低工作频率

15ms倍频模式
! \" y/ F& J" X
可编程外置过温保护并进入latch

  l" ^$ H# n9 C3 I) Z6 \+ JVDD过压保护和输出过压保护功能并进入latch

6 M- K# P8 F" A3 X# E0 e内置前沿消隐电路
$ N. w- e! P* O1 @
/ N" f/ o! W  w: t* _. O( x$ T1 d内置输出二极管短路保护
( S) M1 K. I, H* X0 X! Q6 @( n
内置过温保护并进入latch
7 c+ b( O( Y% W3 {/ X  ?) y
. H  c# ~3 u: _+ F- A# F! s0 Q+ M# g过载保护
" ~0 X. X& a6 k1 K
2 ~/ C. m) \9 u) xSOT23-6L封装
8 c+ w' c6 Z: V0 ^9 z* k: e
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。

  J- s. f; B9 ^  \; d, c" x( }1 w基本应用

5 z) D6 ~4 B+ v: Q$ P8 \AC/DC适配器

电机类适配器

充电器
1 d: A! a+ H9 o! J; y/ |1 b
存储设备电源

) U" q0 h# s) i$ Z# Z9 m4 @  t2 r典型应用

; I. y5 ]7 E( X) r

4 s- s8 U+ q: v. E  D4 g4 e管脚排列
: D* M3 h) n% `& X
' o3 \' B/ H( u- ]- V

管脚描述

5 E) ]% f( [( _1 Z( o

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。
: V* Z, ~2 ]& h6 `/ ^$ N! I% g# I
$ ^2 m& b. c; F$ M# {% Y( f  q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 _- u5 V, i- r4 E3 w
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。
+ l* b& ?0 S6 ~" y9 Q: A
02、样机特性

4 W' z  n- ^$ y" P( b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。
( N( ?# e2 X+ ]
2.1、输入特性：
: G$ y9 Q# C. t: M

% ]8 p: B# E& \0 u  d; q. u2.2、输出特性(PCB END)：
6 Q) B7 T+ r; ~3 x

7 y8 z9 O( v0 u6 m$ O
2.3、整机参数：
( B& h& n3 K; b/ Z# g. l

# Z$ E# r* Y" `4 P2.4、保护功能测试：
: ?2 k4 }) l, j5 @; T

  q% e8 k) n% S& T$ m; a1 v2.5、工作环境：

) F6 y) b0 i& p2 ]' s
( V& C  o* }5 |4 @. G  W: f; D; L, C2.6、测试仪器：

03、样机结构信息
/ I3 r& s6 p" g
0 _. S" F( D0 o2 b* T8 {# v( i4 Q& 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。
4 j8 j8 L! ?& _$ |5 t( o6 t
: v4 c- _4 W* C$ y. L; _8 K  T& u% z3.1、电路原理图及BOM：

. ?4 V+ o$ n6 K+ }0 J( k. N! m0 i' }3.1.1、原理图：
/ Y% B2 A3 u( d, A" I

3.1.2、元器件清单：

3.1.3、PCB 布局&布线：
; p5 T* L/ \% _7 c1 |6 C; y

PCB 顶层布局

PCB 底层布局

$ }8 L8 W) L; ^5 y  \6 J

PCB 底层布线

3.2、变压器绕制工艺：
9 Z. V) B; N% F! A* s% {' x3 i! A
3 r2 s! `! B4 F* H+ z8 h8 R/ a) q" Y! R3.2.1 电路示意图：
& I) G, u0 |* d! ~5 c

3.2.2 、规格参数：
6 P' `+ _' F$ x) s
" f. R9 j8 j' z1）骨架：PQ2620 磁芯（5+5PIN）,Ae＝119mm²；
& Q& f& s8 U1 o' M% @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；
7 b6 J5 N) r& H9 R4）N1 N6 N7 绕组从变压器针脚B 进线从顶部A 出线，磁芯接地；
3 O, Y3 J5 A9 G) D5）绝缘胶带:3M900 或同等材质；
6 ^; J3 b" _, }+ R! I: F, ^, Y2 ?6）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）)；
' I) n: \. _& M, K% M( L8）耐压测试= 3.3KV 5mA 1Min；
9）成品要求:浸凡立水；
; w+ Q) K- E/ r! y
3 t+ b) Y* H4 A7 c! I, c- ^3.2.3、变压器参数:
* z) C( z/ g" d6 M

% p& d7 w( g# L- H* [8 i5 Z1 c% z; }3.2.4、变压器结构图：
' m( M2 M* r! C

04、性能测评
6 U. d; o- F% W" {
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。

4.1、输入特性：

) `, y6 Z! v) T. 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。

/ g9 u% F- i9 w& m: J, c表1 待机功耗

$ x( v- F% e1 W表2 输出接1.5M 18AWG Cable100%负载下的输入特性

表3 效率测试（1.5M 18AWG Cable）
% ]5 A6 b) |- v% X+ E9 V; [( B

表4 效率测试（PCB END）
1 r9 j6 h8 I1 `$ \  h

表5 能效等级评估（1.5M 18AWG Cable）

: h( r- h/ T. l8 j4.2、输出特性：

, C9 |& h  E4 O& z$ E* U4.2.1、线性调整率和负载调整率: （ 1.5M 18AWG Cable ）
* D* N& Y/ O4 M7 m5 Y7 z' E4 o7 Y

4.2.2、输出电压纹波：

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。

3 }' j0 K7 e, ~$ K. u- w; X

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

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

! B2 C6 R( g, U. M. S0 j# ~

R&N @ AC264V/50Hz,No Load

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

+ g5 g: g9 J+ a# T4 z4.3、保护功能：
  ^1 c  x0 U: p$ |# Q8 R
$ i! v* V$ }$ b8 ?, Y8 N4 P6 {以下涉及过流保护、短路保护的测试。

4 E. x8 B# t& W% d1 |4 W4.3.1、过流保护：
' ?6 A( [) g( N# g$ G2 _

4.3.2、短路保护：
; _6 A- p$ c+ t3 S" g- H
& C3 m! G6 H& Q功率计电流量程2.0A,开启平均值模式测量。
4 F7 o+ `1 Q9 \6 f' K2 i. z" a* z* u
+ g. L0 k8 `. I: k1 i

" d9 b0 S8 p5 {" P  n3 C5 i4.3.3、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。
& m2 C% z6 F; D

AC115V 发波周期12.6mS，Vo 最低15.6V

AC115V Peak_load 功能升频151.52KHZ

4 C5 V5 `& b: @0 V/ @! D

AC230V 发波周期11.2mS，Vo 最低18.2V

( w3 T7 K8 Q$ K% a+ U3 R

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)

AC90V_5ms

AC90V_10ms

- E7 n9 m0 A+ `' H0 O

AC264V_5ms

6 b5 K' _0 _' N5 H

AC264V_10ms

  z4 c7 _" l+ X6 f4.5、系统延时时间测试：

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

6 u  X% a0 Y1 z; B, Q: m$ y& N

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

4.6、其它重要波形测试：
0 L+ y, t  B, [5 Y+ ^: ~

AC90/60Hz，100% Load CS 波形

: O5 Y9 v5 ?! {6 E4 D& U% `( M

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

05、温升测试

. V! a- \9 I0 W- _: A% D2 E$ e* b# T0 W, s测试条件：带外壳在40℃环温下长时间带载3A 老化。
* J% d$ L, S. e" h& f# X, ]# v

06、EMI 评估测试

4 R! Y0 N7 C( J( [8 {( p9 ]测试条件：
: @+ b; ?& [& h# a
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）
5 r! M0 t# i$ H' r) C

AC115V 传导L 相

, |& s) O: q4 }, W% [; p

AC115V 传导N 相

AC230V 传导L 相

# j8 {" G/ A2 Q  T. i

AC230V 传导N 相

AC115V 辐射

0 v" M$ t, h( W- r6 n

AC230V 辐射