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

% R  h$ W! L, m; j% m" c
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。
' m% q( O" v: ^1 Q  A) w: t
01、样机介绍
( q0 \) I% Y, A. T) H; v/ N
2 E& f4 a- W2 b# f( w# N  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

CR6890H 芯片

" \% X1 ?! q! B4 j8 T% o# PCR6890H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。
/ E& Y$ H! g  f7 H" H
1 ~+ Z" l# B) J* }特性

较低的启动电流 (大约3μA)

* ?  ]3 o1 K, M. A; k6 S内置软启动减少MOSFET应力

带有Peak_load 升频功能；
* Y% q6 W1 H0 s) _9 T
CCM+PFM控制模式
$ E1 V1 E+ @- B9 G/ |/ J8 ^" y8 O
2 a: w6 a* Z5 {0 F0 l5 u" x内建同步斜坡补偿，消除次谐波震荡

内建频率抖动功能，降低EMI

内置65kHz开关频率
4 Z7 M2 J  G" Y+ K9 Z8 c; v9 |
, W( D3 @2 J) L6 R  y轻载降低工作频率

15ms倍频模式

可编程外置过温保护并进入latch
  K, W# ]0 e8 V/ i& ^
3 C4 C& A+ N: oVDD过压保护和输出过压保护功能并进入latch

内置前沿消隐电路
* W+ J4 U3 h9 S; R5 J3 U
6 q9 z$ M! h9 W2 g内置输出二极管短路保护
* e# r$ Y. O; j/ U
内置过温保护并进入latch
. F2 @0 c1 `) |( u5 s" [
过载保护
1 w; l! p' w1 ~# A$ v6 O- b6 v, [
SOT23-6L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 g. u0 W0 o3 N5 C; |% z基本应用
+ H& O* d5 q1 C" o8 I; q$ u
4 V5 E* i* J+ _1 wAC/DC适配器
# l7 {) \1 J- r$ U# g% Y" Y0 m
5 D1 e& b( m4 N9 x6 m% @" r) }' q# O电机类适配器

; n7 U' E8 b2 `/ Y) {% u, H+ i充电器

存储设备电源
$ [# L- F; L) K4 ^( a
; V, Q3 l5 `7 W* N- p) b% v' c典型应用
: O3 h7 O- R& u, y

管脚排列

管脚描述
, h! H1 ?( d' h2 H

9 P  `7 o1 _: O; w* j& I1 b( a7 t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。
$ V5 e  D7 m: @1 c' o% f0 I
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。
2 g% r- `0 t: M1 h; q/ k% f+ P7 F
& R6 B! I' d. v' \1 q* x/ C02、样机特性

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：
6 n2 @9 R+ [# N3 G

/ X3 S0 c/ }! \4 Y* d
# Q# V$ K- V7 ]% f9 b2.2、输出特性(PCB END)：
6 w1 l* x* u$ [: Y

( j' T# N% o, x4 Q3 [2 n2.3、整机参数：
7 O0 Y/ k9 ~# |" Q

' M5 e2 u1 G3 x% _- q2.4、保护功能测试：
+ ~% f6 D3 B  i5 @. U; ?

! r* `! _9 z' T1 [! h/ r1 ^' Y2.5、工作环境：

7 Y# y$ Z( a! A3 G, l- e
+ w. _; Y- W: Q/ [, F, w+ o7 `  _, h* A2.6、测试仪器：

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。
  V! X3 W$ _" O  e5 Z9 m2 }2 [5 E
0 k- B+ p1 }- ?, S3.1、电路原理图及BOM：

" C" f6 C0 R$ o, q9 v3.1.1、原理图：

8 K; B' k! i9 E: v) P3.1.2、元器件清单：

, K' i: s! K  O! A' S( c" U2 u% e

5 o0 E4 n, L5 p* ]" i3.1.3、PCB 布局&布线：
4 F- A8 C: B+ f+ b  A0 E
5 E+ s  D+ [" w

PCB 顶层布局

PCB 底层布局

PCB 底层布线

3.2、变压器绕制工艺：

3.2.1 电路示意图：
, K% K) S; w3 B  Q& o$ z& t

  }! _0 Q" ^1 ?: S+ S3.2.2 、规格参数：

1）骨架：PQ2620 磁芯（5+5PIN）,Ae＝119mm²；
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；
' {1 Z# [0 }) K! c! m% {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；
$ A) X) _, z6 i& v6）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；
9 T( |$ F7 ?  u. B' a  V) D
3.2.3、变压器参数:

9 K8 B# \4 l7 w5 j4 k3.2.4、变压器结构图：

& g  Z' z1 e# Y. J; {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。
0 ~( q* a) p$ @9 [, d: D4 L* k+ X& j
! ^2 z9 v$ E; h4.1、输入特性：
7 _/ ?0 n. q, U" H) r
2 X: J' ?2 a& i) g7 V$ x3 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。
6 R2 \. T# w0 Z; p3 N/ F
% J( r7 G5 V" I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）
! D' y" `9 A" g3 ^  T0 A$ i: y- \

表4 效率测试（PCB END）

7 Q* w3 ^" _2 b, Z% n4 U表5 能效等级评估（1.5M 18AWG Cable）
7 y& B$ A: p* @2 }6 N- K

1 E6 {9 k! E/ k2 d; {  e' Q4.2、输出特性：
$ L$ `7 z2 l3 ^2 C' m4 `
6 \+ s  y8 L; `+ k- L! X4.2.1、线性调整率和负载调整率: （ 1.5M 18AWG Cable ）

# B6 P8 p  q1 O4.2.2、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。
4 m- f" b( @4 {; q1 Q9 ]

- ]; }2 z( ~) S, ~+ x: o; [, T4 b

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

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

R&N @ AC264V/50Hz,No Load

; |8 M4 d. S& y) _& z$ I; ]

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

4.3、保护功能：

, _1 g0 w; M# J以下涉及过流保护、短路保护的测试。

4.3.1、过流保护：

4.3.2、短路保护：

+ L6 C: l" G& |" ^7 N5 L功率计电流量程2.0A,开启平均值模式测量。

- [% e. T$ D: R4.3.3、Peak_load 功能测试：

: {- k$ f, d7 m( p. j4 G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。
1 n/ R) P( i5 z: m. j2 K

AC115V 发波周期12.6mS，Vo 最低15.6V

" r( N, p0 y* X8 L4 i0 u) k! ~

AC115V Peak_load 功能升频151.52KHZ

1 _( D$ O# N& u: F7 E* y% L" v

AC230V 发波周期11.2mS，Vo 最低18.2V

' K: K. @: f- A  P( L8 ]9 H2 ~

AC230V Peak_load 功能升频151.52KHZ

4.4、动态测试：
* O3 p$ \( z0 A* M& y
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

: j; {# M2 f' _7 W& E. V

AC264V_5ms

9 }) Z" n3 m3 P* F- Y% p

AC264V_10ms

4.5、系统延时时间测试：

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

* M; C2 W2 F( X4 ~7 P9 K& B' i( _$ L

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

0 e; }+ M- W. Q+ ~. u) n

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

+ [8 B' j3 {% r$ u2 [3 H3 `: A' \9 _4.6、其它重要波形测试：
& f; o7 P; O4 _" E1 O

AC90/60Hz，100% Load CS 波形

AC230/50Hz，100% Load Gate 波形

" @% V% D3 L+ m8 K% Z0 G

AC264/50Hz，100% Load 输出肖特基波形

AC264/50Hz，100% Load MOS-D 端波形

$ O) {! T! S1 `, `) x+ v, H05、温升测试
" e4 P* Y" J% S2 ~9 G6 T! T! C
测试条件：带外壳在40℃环温下长时间带载3A 老化。

% S6 t2 ?( ]  ?1 o6 l! S06、EMI 评估测试

测试条件：
- B1 `- ~- D* D# W. I# T: Z" y
" [2 u5 b; p, x输入：AC115V/230V；水泥电阻阻值6.67Ω，带线1.5M 18AWG 测试；
+ V& g" {) l  M限值标准参考：EN55013、EN55022B。（测试结果仅供参考）
: B, `0 c9 M- e, B; H
' z8 @; |1 F4 M9 o- Q$ I' t

AC115V 传导L 相

  S" M, B. ~, N0 B6 t% T' q  z/ A3 Y

AC115V 传导N 相

& C( c: r# [. ^4 ~+ m* H3 B4 u

AC230V 传导L 相

AC230V 传导N 相

AC115V 辐射

AC230V 辐射