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

6 B0 j) Y6 D9 J8 Q& P
  z+ h6 g- J$ t7 {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。

01、样机介绍

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。

0 n2 |* F# ^- ^* S

CR6890H_20V3A 工程样机示意图

& |1 d+ }5 ^1 O  V% QCR6890H 芯片
# [% J7 W  |1 D6 s3 T7 `. }$ V
$ Y/ [3 x! x9 e! QCR6890H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。

, `! t9 m% L  q' \0 F" f. S% I$ |7 t特性

较低的启动电流 (大约3μA)

+ j9 b4 q7 {- X0 B- L* p% n" \" H内置软启动减少MOSFET应力
, _$ q" ^( \1 i- M4 W! h) \
带有Peak_load 升频功能；
" C: x. v9 K- A3 Z( z' V9 M3 o
6 h. T8 x8 D. I+ _CCM+PFM控制模式

5 e% t" m, V2 K. M内建同步斜坡补偿，消除次谐波震荡

$ E. y& g0 @" |) b* y% R/ R, v4 K内建频率抖动功能，降低EMI

( }# }$ p/ z' d* E" n6 h. v内置65kHz开关频率
' L( ~7 B. a3 H# z, i" W
轻载降低工作频率

+ W5 s6 `7 C: P15ms倍频模式

/ n* p4 i" c1 U' {可编程外置过温保护并进入latch
0 }* w# U  d3 V  Q% f
& Q5 _! N* @! Y. vVDD过压保护和输出过压保护功能并进入latch

) u; l& `1 f; t1 p4 }内置前沿消隐电路
0 A/ I( V$ C3 a8 C
内置输出二极管短路保护

6 X) s2 w& w2 b' i8 a5 P8 U内置过温保护并进入latch

; `  ^3 ~( M( @! L8 C1 v2 z- c: `& f过载保护

2 b+ k- o! ]) j. f% q7 C) Y) B1 oSOT23-6L封装
' _% N* f4 C# L
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。

: Q6 {' d6 Z4 m" U基本应用

3 G5 a5 W6 r/ k9 [. WAC/DC适配器
2 M$ n! \  X( ^2 g  |& a
9 i1 G- x4 o* g2 ?电机类适配器
7 o' c9 F( q8 w0 P( |% \
' m9 {, n+ J' w充电器
+ ?; {" f" r9 [
存储设备电源
0 ~6 T# |( b; F0 A4 d) A2 D, ?) W" k
典型应用
: s1 v) q( ]; H/ ^" R+ r
. q# \' r4 y9 d! I# N

管脚排列
+ ^& n& {4 B" S  `

管脚描述

8 B/ ]* ^0 `; J% _; @- [# N: Y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。

! \3 o5 a  A9 D) }0 r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。
1 c. J, x: D% z& f# U( O; v
$ ^+ B  _6 `+ }& |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。

3 l. P: L& x$ y$ i02、样机特性
. }$ Q" g' i) g  x
3 }! j# T0 [7 Z- m5 P/ S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。
7 s0 X- h7 r) p6 H+ ?3 O6 \
2.1、输入特性：

0 f5 r, z; h: {8 c/ {/ q6 P2.2、输出特性(PCB END)：

2 T, m; T7 b$ I1 L& l7 t
$ W) q; [+ p: P9 h$ `4 R3 W% _+ k& R2.3、整机参数：

2.4、保护功能测试：
7 i3 y* V( @2 S* A2 ~2 X

2.5、工作环境：

* B: e, J5 B1 B) M* @) I% v- m
. C- k; X- g8 v* H2.6、测试仪器：
" f5 i2 |; P  k: ^! e

03、样机结构信息

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。

  O* c) g7 S8 g! X& ^3.1、电路原理图及BOM：

$ ~# w/ L- m# r. B6 d; y! p0 D3.1.1、原理图：
% H3 T- x+ Q+ O. v$ n% k9 l
$ _) Z; w' b" \" l

/ i: [* \! {  h, Y1 `( b3.1.2、元器件清单：
5 H" e8 m1 r1 @) h

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：
  ]6 d/ b4 d4 W! S: D; f
- [6 \* s/ z! I; g1 J. Y* q3.2.1 电路示意图：

3.2.2 、规格参数：
9 ]3 e3 ]$ M2 @( K; l
1）骨架：PQ2620 磁芯（5+5PIN）,Ae＝119mm²；
2）材质：TDK PC40 或同等材质；
& m- p- b  O/ Y, f) n. R* z3）初级、反馈: 2UEW 漆包线；次级: 三层绝缘线；
( ~1 v3 V! q0 |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；
$ k9 ~6 t+ [; z' U% R5）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）；
. c. R' U9 _* |- F6 Q" }8 R5 G' z% _8 _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）)；
, {# u9 ~7 y2 E3 m& K! S8）耐压测试= 3.3KV 5mA 1Min；
1 S3 z& x+ D( N; Z7 X1 }( _, s9）成品要求:浸凡立水；
. r" k. K+ b% Q+ o& L
1 O2 l( U. S# i3.2.3、变压器参数:

$ y$ v: @4 c6 t% d. u  [2 M- L

3.2.4、变压器结构图：

. e8 o6 s3 h0 P. y) t$ V$ m04、性能测评
5 p- R4 A" A$ R' c4 R+ a
5 x7 v: |7 J. m/ ~5 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。

4.1、输入特性：

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。

表1 待机功耗
) o0 z- j; z; L# {  l/ t: u

表2 输出接1.5M 18AWG Cable100%负载下的输入特性

  R( }& [; G, ]) ~% [* t. X. E- ~, O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）

4 O% i* W8 i# X4.2、输出特性：

4.2.1、线性调整率和负载调整率: （ 1.5M 18AWG Cable ）
# s; l' M$ `6 o

- d/ J# u# T( m, r
0 A+ h. C7 W& ]" t/ @; O, {4.2.2、输出电压纹波：
$ k# N: t2 w( I$ ]# b7 N8 a
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。

  Q' l6 T& {& j" p

/ {, e- B  H, e/ l( q& R: x2 B

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

: z) E" S$ y- u# i  I! F

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

R&N @ AC264V/50Hz,No Load

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

4.3、保护功能：
% c( W9 ~+ G# N' A+ Y
0 k/ S9 b! K4 B8 a1 F以下涉及过流保护、短路保护的测试。

, m% C( ~. r' M. b) A7 \8 O4.3.1、过流保护：
7 O- \4 g6 |( _2 ?2 H' ^0 ]( I. a- i
+ w% Z* a" ?3 {5 I

# T; ^! t6 P0 h- S4.3.2、短路保护：

功率计电流量程2.0A,开启平均值模式测量。

- _% W- Z+ Y- q& q2 N

4.3.3、Peak_load 功能测试：
1 m) A5 f! G( m9 V
) l: S& M( W% V( i! s$ z- {/ `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

; ?+ a9 v4 Y) n9 l" `+ i: J

AC115V Peak_load 功能升频151.52KHZ

5 ^1 R8 H' v9 W3 t  ?4 c

AC230V 发波周期11.2mS，Vo 最低18.2V

7 ~8 @) n; n7 {6 F  w: g4 l

AC230V Peak_load 功能升频151.52KHZ

: ]. L$ `* q' x; t3 |/ v% l6 F7 Z2 a4.4、动态测试：
# X; h* H1 C* o
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)

" d, M( p( g% e0 s

AC90V_5ms

AC90V_10ms

AC264V_5ms

8 e( C, N" T6 y

AC264V_10ms

0 N  }$ O7 x: @4.5、系统延时时间测试：
$ ]! h; r) }" V
3 h0 e. B" a# d7 j/ Y

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

( a2 _+ j$ t9 n7 `% ]4 \

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

! x# f& h3 R! I8 E& W" c9 R8 j9 K1 p4.6、其它重要波形测试：

9 K/ a6 a/ s9 R! P

AC90/60Hz，100% Load CS 波形

AC230/50Hz，100% Load Gate 波形

7 M, ^* J$ f! w  U

AC264/50Hz，100% Load 输出肖特基波形

AC264/50Hz，100% Load MOS-D 端波形

# H, E& O# H# B6 N' M05、温升测试
' @& o& q) P# @; g
测试条件：带外壳在40℃环温下长时间带载3A 老化。

% M1 M7 U) Y- j2 A0 {7 L+ I0 {9 n

06、EMI 评估测试

测试条件：
# o7 f, U1 o0 W
! `, a5 M6 A" A+ ?& J7 h输入：AC115V/230V；水泥电阻阻值6.67Ω，带线1.5M 18AWG 测试；
$ t3 o9 O9 {5 I9 D' a) j7 J3 z限值标准参考：EN55013、EN55022B。（测试结果仅供参考）

AC115V 传导L 相

AC115V 传导N 相

AC230V 传导L 相

AC230V 传导N 相

2 c2 w9 k; R1 C6 F% `

AC115V 辐射

AC230V 辐射