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

, l  X) M& d/ N' D; ]# @
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。
! H3 Y5 O1 v. L( T# }1 V
& ^" O7 G) H+ V) d8 I9 x1 `( t01、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

CR6890H 芯片
* B3 E; S* c) F  M" t% @' R1 ~  U1 u
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。

" S) _7 Q) M/ r6 `4 w' o8 o! T; d特性

较低的启动电流 (大约3μA)
9 p- a% p( O2 U! x& Q
内置软启动减少MOSFET应力
4 R* t+ U. J- ^4 r9 g7 _0 _) d
; a4 z5 Y: ^! T# ?" i9 @$ c/ N5 @带有Peak_load 升频功能；

, u4 J; ~9 M# t( PCCM+PFM控制模式

  `# ~& |) S! \3 w' v9 e( o. Y  v内建同步斜坡补偿，消除次谐波震荡
' G1 d7 g3 Y9 `- m, n+ T
+ m, P+ M: ^- w! @' h6 u内建频率抖动功能，降低EMI
- v3 a& ]( |- Q, @/ O7 D
+ m- B5 ^# |3 x$ s  y内置65kHz开关频率
$ G3 M3 |7 T6 C
轻载降低工作频率
+ y/ J' l0 l! N+ c+ g! R/ a3 |
, L$ P% R' m- R  Y+ p15ms倍频模式
# V. m7 S  l5 Q0 z/ P8 O
: ~& [, S' C) O+ G6 e可编程外置过温保护并进入latch

VDD过压保护和输出过压保护功能并进入latch
3 Z7 f$ p( I# B
内置前沿消隐电路
# w# Y+ D9 V& ^+ a; d" r, A$ f1 m
# S: f) }5 s* m) _- [3 W+ b内置输出二极管短路保护

" q5 [0 o# X. X# U! }7 R. ^内置过温保护并进入latch

过载保护
: F, Y( ]2 u9 E( f1 V
8 \4 m8 q. N5 y( Y3 h( wSOT23-6L封装
4 U' K) Q" q5 @' L0 c* ?0 |
  g9 N. \6 o$ t/ k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

AC/DC适配器
* C# u: y: C+ g- h( x
0 X7 L9 F5 U1 L$ @3 F2 p电机类适配器

: K' Y" c- `/ Y2 U充电器
* C0 C( v$ t( k2 b
存储设备电源
0 p* d' K3 n0 y- o: f( |
典型应用
2 @$ [0 I& o9 k1 e: @" B

管脚排列
2 \  E! p+ `6 K. z3 K
' {: L( _6 e) U3 c

管脚描述
+ i0 n4 s; s# ?0 R1 n  h$ ]* Q( @8 u

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。

2 }: t6 f+ T9 g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。

% A0 l  b) C- p+ Z' T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 W9 y& t3 p7 f$ h- R& B9 |$ C
02、样机特性

) V* f% n9 ]6 q4 m4 \" g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：
# s/ U+ ]& K& Y7 e

2 v" s5 l2 k# D" `4 f4 g% F
5 g) |9 E9 N6 E2.2、输出特性(PCB END)：

- S9 J. J" t$ F3 a2.3、整机参数：

; C  c  ^- y' j# \2 [2.4、保护功能测试：
, @! C+ n( L3 Z- h1 P) ~

2.5、工作环境：

" ~/ ^' H& E: i" G2 A1 R- |; _
2.6、测试仪器：

03、样机结构信息

* d: U0 q( @. k0 B- t1 B/ x! Z: ~; ]" p/ A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。

3.1、电路原理图及BOM：
# W" o9 V4 a9 c  G5 I! t$ ^
6 x  ?0 L  Q0 E- Q- E5 K/ L3.1.1、原理图：
+ z( b; ?' [8 w0 S) B, H
! ]' y# b4 m/ w  W& K. I  V2 k

, X2 J1 o- \- d: T5 n4 N3.1.2、元器件清单：
+ _4 A, i. l% t8 B7 [
: c. y& ^, g0 Y

& {( ?2 ^# p/ [/ d. r/ }3.1.3、PCB 布局&布线：

PCB 顶层布局

5 A4 A6 u( R! ^, q0 X

PCB 底层布局

3 m( ~  K/ \& T6 M- J7 M

PCB 底层布线

3.2、变压器绕制工艺：

3.2.1 电路示意图：

" w: j0 e0 X6 E- [( J3.2.2 、规格参数：
, t( B: X  ^, Q- M
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；
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；
+ ~3 O# }: V; N- e8 c0 `6）初级绕组感量Lp：0.6mH±5%（测试条件：0.3V，10kHz）；
2 P$ q* q& S% t- I% `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）)；
* Y( ^$ F9 W+ w3 U9 z* k+ |8）耐压测试= 3.3KV 5mA 1Min；
' m% k# m* Y% E& A# [/ F1 `9）成品要求:浸凡立水；

% @0 X/ e3 f- N/ s8 G3.2.3、变压器参数:

1 Q, v% H6 R* G4 `

( w5 X" ?% @5 H/ E3.2.4、变压器结构图：

04、性能测评

2 M, a+ R$ ^& H! J. ~7 @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。

$ l0 p9 V; E1 w7 N7 B! Z' ]- ^( d4.1、输入特性：
4 _9 B) p* H0 j& `
( J4 L  q& i, T5 h5 ~1 q" |5 e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。

* C" D; Y4 [- Z: A' c3 R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）
; A! V( e& Y# w" ]

, x$ |, L% H: a9 S- J$ O4.2、输出特性：
6 z& O9 [' d$ a6 b* T% K% Q* `
8 w" E* X9 y! b* v8 Z3 S4.2.1、线性调整率和负载调整率: （ 1.5M 18AWG Cable ）
3 C( C# f" X6 L9 P  N

0 x3 ]7 y, V* ^8 X
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。

5 Q  {0 }/ ], E) Y: a- d

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

7 {# |) D+ N' b; _& i

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

2 B7 W7 @( a, L- X

R&N @ AC264V/50Hz,No Load

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

4.3、保护功能：
3 ]3 {: }5 v& X- s
3 |5 _: O- R& v6 L4 R) d以下涉及过流保护、短路保护的测试。
- |3 x# d% F6 O  I* [6 W' p! l+ q
4.3.1、过流保护：
8 I+ j- X0 _. o

" {9 l2 ~5 I# q4 `' y. X4.3.2、短路保护：
3 i& K$ A/ b" p, _" C; J
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：

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。
6 }( [  X3 E0 k- v2 \7 c& d

AC115V 发波周期12.6mS，Vo 最低15.6V

AC115V Peak_load 功能升频151.52KHZ

AC230V 发波周期11.2mS，Vo 最低18.2V

" v  C9 J2 X5 G, r1 J9 v4 ~

AC230V Peak_load 功能升频151.52KHZ

/ R, a4 S( B$ w1 Y4.4、动态测试：
1 B) K4 ?: y4 h4 \3 C
% y5 `# X1 R( U: n3 s& H4 G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)

' i) W( x: D& B+ k4 r2 g: W" H. T

AC90V_5ms

AC90V_10ms

! b9 w6 B' X& D1 a: T

AC264V_5ms

: x/ ~' y% u  p2 h* u

AC264V_10ms

6 k9 R9 E$ l$ o. I9 h, l* P. C$ ~: f4.5、系统延时时间测试：
. @8 J  _4 \4 f
; Y7 y# e8 m- N$ Z: p0 v" m

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

; x8 c1 `! s- {

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

, C% o" e0 V4 D" W9 m

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

" ^# {2 Y+ a% H) h5 B4.6、其它重要波形测试：

8 H3 n0 @) U  Q. ]$ o

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

AC264/50Hz，100% Load MOS-D 端波形

4 l6 ^! |/ j0 j, Q! T05、温升测试
# C$ Y4 q( p0 u4 n+ q# d: e
2 `4 i2 ~6 |$ a* y+ Q测试条件：带外壳在40℃环温下长时间带载3A 老化。

( d6 q! A$ @' @3 k/ m6 S% ?

06、EMI 评估测试

测试条件：
3 R, B! k# x! @; J6 V; h
' F9 o' Z5 T. C8 f$ Q, h输入：AC115V/230V；水泥电阻阻值6.67Ω，带线1.5M 18AWG 测试；
+ {: [# I1 S' x- a( U限值标准参考：EN55013、EN55022B。（测试结果仅供参考）
1 j0 L/ [4 W5 h9 E

AC115V 传导L 相

  p$ V' b: F/ v5 ]2 m

AC115V 传导N 相

# m& E/ `* Z: C6 z: n0 Y

AC230V 传导L 相

AC230V 传导N 相

AC115V 辐射

AC230V 辐射