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

% ~/ p( g8 y7 o, H- S8 m: n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。

CR6890H_20V3A 工程样机示意图

4 m3 V! G9 f: A, A# y  L0 hCR6890H 芯片

& w- C6 ?  ~/ t4 [2 b$ X" I6 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 @8 Z6 b( A' W) n+ C
特性
. T; X: e& e& @# H/ Y! D0 u2 H/ n# O
较低的启动电流 (大约3μA)
& A3 g3 q4 n2 U4 [0 V6 n$ M! _9 _
内置软启动减少MOSFET应力

- K. }, [# I2 _* r带有Peak_load 升频功能；

CCM+PFM控制模式

6 L0 F4 K6 e( P$ J4 \- U% H' \+ t内建同步斜坡补偿，消除次谐波震荡
. g7 Q2 V# d) t0 l5 y
" ?5 b: t: t7 K* e% F# l内建频率抖动功能，降低EMI

; f" k: v- U: u$ y5 F内置65kHz开关频率

/ B: a' L! ?: A, \轻载降低工作频率
. _: `2 v* i) P. [& w; Q
8 A3 z. _  e1 j5 i0 q6 y) u15ms倍频模式
5 `" D' G& n; |  N$ s, h( q. h% G
) e. K0 Q3 S  K3 }可编程外置过温保护并进入latch
! @7 A* B9 w: m9 ^1 g! y# n
VDD过压保护和输出过压保护功能并进入latch
7 D" l+ k, A9 F5 x
内置前沿消隐电路

0 `- Z8 R( t! E: B/ }内置输出二极管短路保护

$ h1 S4 C0 P2 s' |# l2 [4 ~2 A) H/ D内置过温保护并进入latch
( f8 O8 C- a% l2 k: [
7 j9 E& C. \8 p( F+ f$ i5 P过载保护
5 z- K/ T* t  k6 }
SOT23-6L封装
" Y3 `/ Z4 L' n! g3 ^6 d7 s0 E6 x/ 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。

基本应用
% S  P% w, O9 w
AC/DC适配器
% M: g& S2 W0 B! g: d: F& Y
- P* X0 o1 v! _- k5 ]) B5 p电机类适配器

充电器
! e/ p7 B7 ~! g  T( }, f2 Y
0 g) K* P- V3 l1 w" v. _4 I存储设备电源
& ]- }& b! C7 e! m& G* a3 X7 N
典型应用
" H, b. X  ^2 @6 w7 n; _7 h  {

管脚排列
8 X. c7 B5 g& [3 I0 y! X# G- k
; A% l! [, T& \0 x7 `' |+ L9 C

管脚描述

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。

' N- s8 _/ Z  |) X3 E( x% E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。
3 Q* c$ I3 x$ j% t
- O; {. q9 I. ~0 b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。
4 j# E# |' A+ m2 \
* r9 ~  ]# ?- N  u* r02、样机特性
7 W9 B' q. q2 f5 R3 z0 a8 o
. ~; B( I7 q" 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。

4 ^. n9 d- D  G/ F  N3 @2.1、输入特性：

( I5 g5 u8 B/ w& `0 l8 n
6 C6 b. g) m' `3 T$ z2.2、输出特性(PCB END)：
0 N4 ^3 m1 ^) p

2.3、整机参数：
2 b4 B$ s# x8 d3 r/ ~, P

! T7 v* m9 [! d) _' r. c3 v2.4、保护功能测试：

, q8 X  `9 g* J% p3 w; i2.5、工作环境：
  {9 [, Y9 {. O- W5 e. ^. j

0 [$ }2 M: L5 j$ y5 G; W, Z
2.6、测试仪器：
0 P# p; @3 p8 S! P

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。

0 ]0 y4 g; c) Z9 {+ k/ V8 A3.1、电路原理图及BOM：
2 E, n0 b& B: r% m" S6 O
3.1.1、原理图：
1 }2 w' ]* P7 B* Z
& Z' S# D/ f# z2 T. L: s8 A

" u4 L' F$ k8 ~! p% S# \. x3.1.2、元器件清单：

" j" _5 y. R1 ?3 Z' ?  x3.1.3、PCB 布局&布线：

$ a5 h8 K6 s, v

PCB 顶层布局

/ `# X: F: U/ \$ s: v( \

PCB 底层布局

PCB 底层布线

3.2、变压器绕制工艺：
6 }2 u& z1 B- r; X2 v/ P8 _. g9 N
3.2.1 电路示意图：

3.2.2 、规格参数：

  ^6 @* V1 K/ i' y; ~' o0 N  l1）骨架：PQ2620 磁芯（5+5PIN）,Ae＝119mm²；
: k. K6 u5 B& k5 |( T2）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；
& _* J0 U% J4 G9 M7 |$ H4）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；
& K& \0 m5 x- R/ D% a( y6）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）)；
8）耐压测试= 3.3KV 5mA 1Min；
9）成品要求:浸凡立水；
+ O) f$ C# e$ e8 L# c& `
; X; S* v* s( _( _" U2 ?8 L$ V5 D3.2.3、变压器参数:
. v1 ]2 O: w0 E  j7 X* i

; Q3 ?' M" Y3 b+ S9 ?: e3.2.4、变压器结构图：
2 i. g, q2 b0 R: T5 f5 v

/ _4 C& K: v* E04、性能测评
. r1 H7 ~" U) o
1 T$ \) k" s( \( b! \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。
" Q( {# ]* g: G/ Z" A8 l
* F' J. |* ?- m) L# W4.1、输入特性：
# v- z. d" g8 k0 u  E/ f& f: B
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 l" J1 }. f7 y% i6 n6 j( d
表1 待机功耗

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）

表4 效率测试（PCB END）

表5 能效等级评估（1.5M 18AWG Cable）

3 ?4 m2 z! |8 n, x! t" E4.2、输出特性：
5 [9 g9 e7 n1 ^3 w- F
( ^0 t( R0 c! n0 q4.2.1、线性调整率和负载调整率: （ 1.5M 18AWG Cable ）

) \. r+ q3 J, M$ z3 }$ c" c
4.2.2、输出电压纹波：
0 G: T; s! B' r# n; T' V
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。
; @' P3 R# R' t: u

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

+ v0 e/ w1 O8 E) ?1 a

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

$ t. C" q5 n; {0 y2 u

R&N @ AC264V/50Hz,No Load

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

* f: {4 h6 @. \- h. g4.3、保护功能：
- v: {+ ]# U: S' I# a
/ s6 P% a) G0 ~; |: c以下涉及过流保护、短路保护的测试。

4.3.1、过流保护：
" N$ F3 @* j. F7 _: L! ?

. i$ Q# M0 c* }$ b4.3.2、短路保护：
9 b2 t9 W& @6 W5 u% E6 u6 u
5 }# s1 d. C7 c* r  M8 f" G功率计电流量程2.0A,开启平均值模式测量。

4.3.3、Peak_load 功能测试：

3 N- k5 w- o/ a; ]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

* J% f6 ?& F9 u# H8 a

AC115V Peak_load 功能升频151.52KHZ

AC230V 发波周期11.2mS，Vo 最低18.2V

AC230V Peak_load 功能升频151.52KHZ

$ \7 s+ a: n, n. O4.4、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)
) c. e" Q6 h5 K
3 K$ n' u, \( B! L1 O* p# d. ]" H

AC90V_5ms

AC90V_10ms

0 o5 I7 x2 _* `+ H% ]" f

AC264V_5ms

, l1 q/ B2 f& l9 ]5 u. l/ z

AC264V_10ms

4.5、系统延时时间测试：

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

1 p2 p5 |) @( j; a8 z/ d& [9 @! y* A" U

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

7 C$ q7 d& G# b" w  E( h! f+ S4.6、其它重要波形测试：

AC90/60Hz，100% Load CS 波形

4 Z4 {7 o- V7 ^2 Y! {

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

; S& `3 K: x3 h05、温升测试

7 [1 Q' ~5 }# |+ F3 R测试条件：带外壳在40℃环温下长时间带载3A 老化。

06、EMI 评估测试
( A% A1 Y" s4 d$ b: d
' l( K1 Y. v, T2 Q$ ]$ [; U) N测试条件：

输入：AC115V/230V；水泥电阻阻值6.67Ω，带线1.5M 18AWG 测试；
! d6 W5 J# _0 h8 F4 Q限值标准参考：EN55013、EN55022B。（测试结果仅供参考）
( E0 d* E0 a3 n, q2 {

AC115V 传导L 相

AC115V 传导N 相

' {4 D5 H: o" w( k0 O

AC230V 传导L 相

AC230V 传导N 相

AC115V 辐射

AC230V 辐射