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

0 b3 I2 s9 O/ w. S. N$ j' _5 O( R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。
& w1 l0 K' Q3 Z" C$ z# v8 {
' r  Z/ C5 w: P- s& O+ _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。

" P. I+ {! r7 M

CR6890H_20V3A 工程样机示意图

CR6890H 芯片
! Q8 k0 S& y0 A; y) {
9 M6 Z2 ~6 q" E( e0 E5 _, ^CR6890H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。

特性

5 a0 \) B) G- _  ]# X$ I4 B9 ~较低的启动电流 (大约3μA)
7 X$ {! e" _/ I! X
内置软启动减少MOSFET应力
" Q0 c, b0 x/ b: g& |/ Q8 t& c
带有Peak_load 升频功能；

$ l7 A0 G4 V2 o* {& s/ V# ?CCM+PFM控制模式

内建同步斜坡补偿，消除次谐波震荡
9 W* p% r2 w! b5 J; ?& u
' f/ f4 P) m5 c6 D% @# y( Z内建频率抖动功能，降低EMI
* T1 T- k/ c& g% h
内置65kHz开关频率
$ r- ?( N% `5 F" I3 A2 N- z1 }
轻载降低工作频率
( [  Z/ W: V. X% X
$ Q" u) D) ^4 T+ M9 [* Q15ms倍频模式

可编程外置过温保护并进入latch
7 |& u. m3 Y0 C/ l& B! \! C$ z4 n
& o# q, ^0 Q; o  B; E5 LVDD过压保护和输出过压保护功能并进入latch
' D1 l' G& i( ]8 B; {( {% }
内置前沿消隐电路
- D( s; \/ H# Q4 z- `
内置输出二极管短路保护

内置过温保护并进入latch

过载保护

SOT23-6L封装

; O9 \/ v8 x; x! r1 o8 v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。
7 Y/ }* N3 t1 i' k# `8 ]
基本应用
1 v6 F6 z) K/ m" W, V
8 J! F* ~4 R5 M  A5 z# G6 cAC/DC适配器

( ?0 u9 ~9 G1 t) a4 R电机类适配器

* ?9 g" b$ o# Z: j# O* D8 S充电器
# ]' ^. j; h4 l( `5 k
存储设备电源

# h) R# |! t8 t4 j5 k, o3 n" [典型应用
8 p4 e8 {1 T6 Z! p
* H7 O2 t% P) G

管脚排列

9 g$ j! T# t+ R- F9 r9 y2 z

管脚描述

5 |0 n- P8 s6 I. Y" q/ \

  [' V* ^4 g2 P! ~* j+ c4 [# N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。

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。

( @) o4 e5 L0 C02、样机特性

3 b- r" B: f; g" L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。

2.1、输入特性：
1 `$ a, ]3 U& Q9 a) P

+ f9 M( x& Y! L7 ~
$ D) y9 n; Z3 I8 o3 \8 \$ B. K2.2、输出特性(PCB END)：

2.3、整机参数：
! j4 O0 t2 C' C3 c& ?

2.4、保护功能测试：
/ l5 }# ~2 [7 Y% F, o0 Z; ^

3 s* Y/ I% u5 m2 i2.5、工作环境：
9 b! y) L: x; x, X

3 o. M9 G) N' P- A" z) t2 k" s2.6、测试仪器：

03、样机结构信息
7 [4 D. T1 x8 e- ?# I
+ o5 G4 v( ^" p& T$ W: r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。
  V/ b& `' `8 R2 h) u. K' ]; A& |
3.1、电路原理图及BOM：

0 {# D8 D' J; J! I8 Y3 w3.1.1、原理图：
0 [! e* m; M# M. w

6 j0 N0 m. H7 @5 q! ^0 v3.1.2、元器件清单：

4 ^7 u, ]- P: x) u* x" U  [

3.1.3、PCB 布局&布线：

2 }; |) \' m. J7 k' f5 @9 G" G& P

PCB 顶层布局

PCB 底层布局

PCB 底层布线

3.2、变压器绕制工艺：

: ?3 z+ T1 C) ]8 n7 l: D( W3.2.1 电路示意图：
% u# S' ~% G9 M# \5 L  D$ P

3.2.2 、规格参数：
' V$ O. w3 L: S3 z/ \& z; p
9 a6 v6 `7 B5 l1）骨架：PQ2620 磁芯（5+5PIN）,Ae＝119mm²；
% c& I( j) U/ l2）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）；
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；
( Q4 a7 b- E/ M9）成品要求:浸凡立水；

3.2.3、变压器参数:

3.2.4、变压器结构图：
' o1 [. P9 ^- \+ @* k& n5 z" p

04、性能测评
- U& z9 Y1 U5 O. Z6 ?
5 |3 `, k9 \' n& r. F) e* B4 e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。

* P1 s+ t; K2 g" z4.1、输入特性：

- u, ~  c  ]$ \( P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。
. x" k; G# W% I5 u8 r* |# h. y
表1 待机功耗
" T. n/ d3 B" j  Q* R

表2 输出接1.5M 18AWG Cable100%负载下的输入特性

2 _8 ?0 `& h+ t) r* P. J表3 效率测试（1.5M 18AWG Cable）
$ J# X3 C5 t0 R4 f0 a6 w

表4 效率测试（PCB END）

表5 能效等级评估（1.5M 18AWG Cable）
. G' n; u$ [: i, P% Z

  p4 x& `& }1 b6 U  E" T4.2、输出特性：
" U* g4 N# j% k& J
4.2.1、线性调整率和负载调整率: （ 1.5M 18AWG Cable ）
- V/ ^& t7 ?' }

4.2.2、输出电压纹波：
5 ?# z8 X2 n' m5 ]
8 F, Y8 ~% q; ^& m# L# }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 z5 J4 H6 A8 a/ f3 w

' N5 [% `' |+ S2 b. t

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

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

0 A* _) g/ G4 n" a5 {

R&N @ AC264V/50Hz,No Load

8 {9 D" t7 U; t

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

4.3、保护功能：
$ ~8 b+ ?  O! |; v
4 E  ^0 A  J) t/ {8 }以下涉及过流保护、短路保护的测试。
# t' _/ B. W1 o. H! l1 p
4.3.1、过流保护：

) s( l5 G8 ~* a2 t; O/ m8 i4.3.2、短路保护：
" I& L7 v1 b# w4 ]/ ^2 b
5 R1 O' c) P4 S6 n* U功率计电流量程2.0A,开启平均值模式测量。

, m! d# N" c1 U2 ]4.3.3、Peak_load 功能测试：

1 c+ n& Y) l( }& H  f, s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。
& B# M2 `& d0 \" D2 O0 D6 h% C

AC115V 发波周期12.6mS，Vo 最低15.6V

* F& d1 H8 x) f9 w9 y1 Z; @

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

! l7 P6 ~  t9 N- L/ d4.4、动态测试：

% l) ^* E3 Q% m- Q+ v9 O% Z/ T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)
1 ]8 ~2 [+ C3 y4 y% {) Z1 ~
: r2 ]6 H3 c6 J

AC90V_5ms

AC90V_10ms

& ^0 s- N( }0 R5 Y  ^9 |6 Z1 A8 H

AC264V_5ms

  H% L# R- ?+ z  l

AC264V_10ms

4.5、系统延时时间测试：

- j/ t7 i& A" J. p2 U7 _

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

1 v4 T. z' \$ w& O7 `' u4 E

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

5 w" M  ?0 v! I4.6、其它重要波形测试：

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

, n8 v; m' a* |: j

AC264/50Hz，100% Load MOS-D 端波形

/ |& d* R; I0 b$ b- Q4 I05、温升测试
4 K* Z; e! u* v" _1 W$ i* `0 b+ e  m
测试条件：带外壳在40℃环温下长时间带载3A 老化。

2 l7 C3 K" S9 F( w

5 V! _0 q* J! H# n06、EMI 评估测试

) x0 C+ V* m6 |7 s( W! G测试条件：
4 Z5 S0 o8 a0 H& r7 r
输入：AC115V/230V；水泥电阻阻值6.67Ω，带线1.5M 18AWG 测试；
  W9 j2 \2 O9 n9 u限值标准参考：EN55013、EN55022B。（测试结果仅供参考）
$ }. t7 K/ F0 c3 K' Q4 _) c; w

AC115V 传导L 相

AC115V 传导N 相

! k/ H9 r. r( J) A% I* f. ]

AC230V 传导L 相

/ c: F8 ^6 j# M8 Z6 q3 q

AC230V 传导N 相

AC115V 辐射

# Z/ k% y7 u% N

AC230V 辐射