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

; V- J  I, x% |: H' n5 [4 S+ ?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。

0 x5 K1 ~" G: P01、样机介绍
6 f: ~( \  B# m6 z7 J! B
) x/ N* W' k: y! b' x6 H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。
& f$ V- Y9 D5 m1 ?3 `

CR6890H_20V3A 工程样机示意图

CR6890H 芯片
/ a/ S- z  l4 n5 q
& ]( }. q/ f8 ?0 p$ fCR6890H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

较低的启动电流 (大约3μA)
! ~* i* K; N, N6 z$ m
4 Q) |7 K  U" l! R, ]5 q内置软启动减少MOSFET应力
% S6 c3 m" A6 a- y3 U0 G1 g) W
0 m4 \$ E' {' \; p/ X! u* r带有Peak_load 升频功能；
' }. _- D6 J: q& B1 t% f. \5 g1 @1 n8 @
; a8 N/ i$ C/ x8 gCCM+PFM控制模式
. U% c' Q- s4 w8 f
- ]' A& s/ l  `内建同步斜坡补偿，消除次谐波震荡
( \( Z  Y/ l- O
9 ]1 L! {! L* q% q8 X. U内建频率抖动功能，降低EMI
3 Q. H! G' d* ^. p  g  m, f
9 P2 ?. o" X3 N  [4 h内置65kHz开关频率

. D. _8 ?* _9 u! q% Q" i- v: \轻载降低工作频率
; x  [3 ^7 s, r( H, j' i% Y4 R
; N' R1 B/ x) Q! b) Z' q15ms倍频模式

- k% R/ ~# k* C8 J5 g/ f" }2 U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

内置前沿消隐电路

内置输出二极管短路保护

& E2 p( g$ y$ k+ ^: r! h内置过温保护并进入latch
2 _7 A3 d0 ~1 f5 Y5 ]$ W
) {2 z! k+ F: |' d过载保护

SOT23-6L封装
" l: x+ m5 q' @. C  `* U  g
* n. w% T% T3 |" v' U( G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。

+ S3 ~3 s5 N; d' g基本应用

; t% _8 a5 O# I( x$ j9 PAC/DC适配器
4 |3 g7 r# k! }% h% d/ c6 _- x
. z5 G! s! @/ G9 `. r! T电机类适配器

充电器

存储设备电源

- u7 t( C. N5 v典型应用

1 _7 j6 f/ J2 @3 x. Y

+ b) l9 p! P( K管脚排列
0 C8 I1 N+ L4 x
! o2 n. ]" p8 b1 e3 u- _

管脚描述
4 p2 ^; F9 L: V0 L; b- ^
8 c# [7 O4 h- J8 h, x- n6 l* l

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 v, _1 H9 q% o- W, \
# m" R: r$ x0 [7 k" s; h  b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。

$ y5 I& m9 ?5 Q6 i. `4 V* |2 U02、样机特性
. M2 x+ H4 D( l4 f2 ~
% C) ]+ F0 Z) Z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：
7 ~" O7 }! {  b( v6 T

* p* }% B* v. t1 g8 g  s" z
2.2、输出特性(PCB END)：
9 H4 M( a: J; y5 S2 w" ^2 S. q" _- t& ^

5 q6 b4 S$ A$ u* U. C3 q+ h2.3、整机参数：
, B( j" C' W1 L4 X( w+ a/ Z5 F- w

2.4、保护功能测试：
6 ~- K2 N' b$ E- H# x

2.5、工作环境：

+ T- _) A# D+ g' D
2.6、测试仪器：
9 i- i1 q( i% V

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。

& T; Z! s  [1 c/ }' d3.1、电路原理图及BOM：

3.1.1、原理图：

, V4 R5 c1 `6 g7 K

3.1.2、元器件清单：

# @: j" W+ C2 ?7 G0 I

7 z: D* @, t  y5 O3.1.3、PCB 布局&布线：
/ M/ E. X& G1 q7 d7 T+ u4 R- _
) _5 N) C& F5 O

PCB 顶层布局

# H& j; o. v" q& Z

PCB 底层布局

PCB 底层布线

3.2、变压器绕制工艺：
/ ?) P. Y+ ^  K" ]( f  P! D% f* p
3.2.1 电路示意图：

3.2.2 、规格参数：
+ p8 Z! Q  I6 z7 f9 I' R/ R
1）骨架：PQ2620 磁芯（5+5PIN）,Ae＝119mm²；
2）材质：TDK PC40 或同等材质；
% b( C3 H) y6 ^6 p% @  f4 q2 F3）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 q" V  h% e2 y& z7）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）)；
: N( A7 z1 F: }6 B% @3 j/ d& v8）耐压测试= 3.3KV 5mA 1Min；
9）成品要求:浸凡立水；

3.2.3、变压器参数:
. v) X/ x. u6 A: y5 f. w

3.2.4、变压器结构图：
6 r+ V4 R* N' @' x7 d

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。

& @3 _% D2 [1 a4.1、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
0 l' P! u4 [( E/ f/ c: _* \8 `3 d5 S( }

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）
5 S2 G3 t, W0 x: J. T% ~9 Z

表4 效率测试（PCB END）
4 N  a" S4 a" u/ h

表5 能效等级评估（1.5M 18AWG Cable）
7 O. K7 x; s& G/ t" O: _0 T4 g

8 p9 k3 P1 ]2 H  b4.2、输出特性：
% h2 Y! |" T) z- s- B
4.2.1、线性调整率和负载调整率: （ 1.5M 18AWG Cable ）
+ I8 S" x" F1 B$ V# A

4.2.2、输出电压纹波：
# m! z# Y' K6 l; D* u9 [0 B7 u
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。

& H7 d' C; {4 @- k9 Y/ l5 L

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

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

R&N @ AC264V/50Hz,No Load

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

- D6 C2 c! X& O! r4.3、保护功能：

以下涉及过流保护、短路保护的测试。
- Q8 J1 H& r6 j: H$ |
4.3.1、过流保护：
, m# O# ^8 |/ u
5 X- y, V$ p1 {

( _6 {- T$ y0 f, ?! [4.3.2、短路保护：

- ^! U9 P) m" I1 q# L功率计电流量程2.0A,开启平均值模式测量。

, x# p7 }. X. m4.3.3、Peak_load 功能测试：
, Q3 ]5 w2 g" q! M0 `) Z2 L
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。

" A) s$ d- v2 M, C& s

AC115V 发波周期12.6mS，Vo 最低15.6V

3 I; Y; G! p: C* A

AC115V Peak_load 功能升频151.52KHZ

- V" c! m0 o& c

AC230V 发波周期11.2mS，Vo 最低18.2V

- W. P0 v- X- s$ @

AC230V Peak_load 功能升频151.52KHZ

4.4、动态测试：
, W; |4 i- c! D4 O, `8 i# F
, M. y9 o! P: T1 |, f& r1 k+ Z- E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)

7 H: g8 z9 [" B+ T+ o( D" [

AC90V_5ms

AC90V_10ms

AC264V_5ms

AC264V_10ms

4.5、系统延时时间测试：
$ h3 R6 T, f- n3 c2 Z. A
4 y1 e1 Z7 ]1 T/ S- u" P" K

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

  @. U8 g) l1 E- F6 y# N  K

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

4.6、其它重要波形测试：

% K6 d1 b+ m6 P5 s9 O0 Z

AC90/60Hz，100% Load CS 波形

$ A8 {& a5 Y! r

AC230/50Hz，100% Load Gate 波形

- k. `4 w# s% c7 R1 m' ^

AC264/50Hz，100% Load 输出肖特基波形

AC264/50Hz，100% Load MOS-D 端波形

* @0 T! i1 |# L7 E05、温升测试

$ T5 s; V. X1 l: l6 j' v2 |2 v测试条件：带外壳在40℃环温下长时间带载3A 老化。
/ R2 N, E- b* ^  n0 {7 K6 Y
- N! m2 a6 D/ H" z- ^% y

06、EMI 评估测试

  e% b- t& \/ ^0 f3 |7 o! c* S% N测试条件：
; A0 o! _  K* |1 k* x. k# T) Q6 r: H
输入：AC115V/230V；水泥电阻阻值6.67Ω，带线1.5M 18AWG 测试；
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

+ s( j9 Y0 ^( y: ^8 E6 g8 B

AC230V 传导L 相

4 G/ l7 @& x4 X8 o& F

AC230V 传导N 相

2 t& r( R0 P. w: H

AC115V 辐射

3 T& I9 W8 ]6 P; D5 j, G+ v; z

AC230V 辐射