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

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。
5 I' \; h% `# Z) U
01、样机介绍
9 R: [$ D7 K; W2 L0 U; m
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。
: x" P0 v8 O+ Y8 L6 \
" C) `1 L& d  w9 B. y

CR6890H_20V3A 工程样机示意图

CR6890H 芯片
% r, c0 Z; P: R
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
/ ]" q' h5 U; C7 H
8 _% S! a4 r4 f- w较低的启动电流 (大约3μA)
" r9 @5 u! f9 C' k$ A
内置软启动减少MOSFET应力

: W8 o) G, w& m0 L% _带有Peak_load 升频功能；

CCM+PFM控制模式

; [. b8 _7 Q0 h: Y内建同步斜坡补偿，消除次谐波震荡

# o, F( {. r3 s- D1 q# k内建频率抖动功能，降低EMI

内置65kHz开关频率

% w% w* Z3 ]  N, J% G$ g2 n轻载降低工作频率

& K: |  n* Z* N! C15ms倍频模式

' f' Y2 q/ i- p: w7 m& }0 M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

; {3 ~# \: R( Y1 U内置输出二极管短路保护
0 P5 L  f( @1 J0 _! ~& J8 ~
内置过温保护并进入latch
+ e6 F; e) e. H4 E8 Y8 M
+ I" k1 ?' R( C$ K5 ?' D过载保护

SOT23-6L封装
, w8 c' V7 Z+ _6 K5 Z; W( p6 r) 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。

' o, M6 c; Z6 a) J2 j6 |基本应用

AC/DC适配器
! _  u& Q  k, U4 [4 J& |+ p, }
4 j# c# U( T3 W3 B4 P电机类适配器
3 u! d7 E9 z6 C1 v, q
0 |3 @! g! n9 x; T6 ~$ x充电器

存储设备电源
' P0 G! D/ B( P! F8 R
% v: |6 Z& ^+ b& X) T典型应用

6 i% M5 k) h: E7 f; j; x/ @

" u' p% G4 [( S管脚排列

0 u' N$ E7 u7 W, Q

管脚描述

; C& w+ C9 k# R" k( 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。
& d$ N/ |+ Q6 C4 f: V% ?
02、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。

0 y5 k% c9 d2 @0 e, J2.1、输入特性：
' |! [, i4 o" C' `6 [

, O4 [$ d: t9 I4 a/ W( A. J2.2、输出特性(PCB END)：
* C' y# R5 j2 @3 I" J! }- _

! }: a$ m+ f8 H9 |7 H' Q
3 C+ o6 V/ \, X0 V. Z, h2.3、整机参数：

2.4、保护功能测试：
) V1 q5 @) c% z- L

2.5、工作环境：

2 `  r$ s7 X! k$ X" W- i+ P6 L6 \2.6、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。

3.1、电路原理图及BOM：

; H; H3 h6 m6 D8 G- Q* ]3.1.1、原理图：

/ C% A& K  x* D2 t0 j& X

3.1.2、元器件清单：
6 r: Y2 \" h4 t
6 B: j) l7 d7 ^

6 W. n# i5 m( v1 k3.1.3、PCB 布局&布线：
' ?+ @* G3 w4 l0 w6 j3 j/ F" z1 v) I9 ?
: [2 b) L- D# V/ H' k* D

PCB 顶层布局

PCB 底层布局

% Y8 R. J$ _, Q/ O2 B

PCB 底层布线

3.2、变压器绕制工艺：

& W6 Z2 I3 B8 s. N3.2.1 电路示意图：
* \  y: M/ N! ]: V  l: D* M; ]

& b6 t' ]+ ~4 W' _/ m, [3.2.2 、规格参数：

1）骨架：PQ2620 磁芯（5+5PIN）,Ae＝119mm²；
" l0 z/ d8 l7 m0 v/ \( Z2）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；
6 s: F, S' h8 N' [5）绝缘胶带:3M900 或同等材质；
3 M6 ?* A! M% q: s( `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；
9）成品要求:浸凡立水；
9 H3 p0 D! S$ _0 \7 a) u% j; g
3.2.3、变压器参数:

3.2.4、变压器结构图：

04、性能测评

, @! }. y* _. p& O' l* y% f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。
' a& z) m$ J' M- P0 X8 R; E; D
( b# w4 G$ t2 @7 T0 M& @. t4.1、输入特性：
) T5 e4 i& s! {" ^6 Y) m; h7 {
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。
/ p; G5 H7 |8 M2 [+ D' ?
! I" U% I, e0 m表1 待机功耗

表2 输出接1.5M 18AWG Cable100%负载下的输入特性

( J. _  A( z9 s$ Z3 y表3 效率测试（1.5M 18AWG Cable）

  x% P4 ]; A4 V# a! c表4 效率测试（PCB END）

表5 能效等级评估（1.5M 18AWG Cable）
, f# n5 M; z. _: w7 w

- n. }2 B. n9 ^# Q2 z4.2、输出特性：
. k$ Q" o0 g: y# x; S
; v+ ?$ q8 f& ^4 j: x; ?4.2.1、线性调整率和负载调整率: （ 1.5M 18AWG Cable ）
& T4 f! ]2 h) j

& X/ ^7 \- [% B4.2.2、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。
/ s2 u, j8 {! |4 f
. |% D7 _' n0 z7 O+ D4 r

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

; f) i; ^, y1 `5 e7 o$ K

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

R&N @ AC264V/50Hz,No Load

/ A# R2 V2 J3 L

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

* K3 ]3 s/ F" M. A: ~0 ~5 W4.3、保护功能：

以下涉及过流保护、短路保护的测试。
8 l3 O1 A7 I: ]0 c
4.3.1、过流保护：

/ {! L8 m6 m& h& M# T- X

% S6 F, y9 J+ ^9 C  G8 w. t4.3.2、短路保护：

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。

$ ?4 S% X& |8 ]* F2 Z

AC115V 发波周期12.6mS，Vo 最低15.6V

AC115V Peak_load 功能升频151.52KHZ

! k. H% _: }9 H% }

AC230V 发波周期11.2mS，Vo 最低18.2V

AC230V Peak_load 功能升频151.52KHZ

6 W& f( s5 ?& ]3 l* J0 v  u4.4、动态测试：
! Q! D) T- m1 Z0 E1 }. N! l' u; a
) C: F7 D  R& ?( i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

AC264V_5ms

AC264V_10ms

4.5、系统延时时间测试：

7 X9 F5 N5 y7 }5 X7 v5 v

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

1 b  N, Q; u6 b% o

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

2 J+ u$ O' M- b: R. j# T8 _

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

4.6、其它重要波形测试：

AC90/60Hz，100% Load CS 波形

AC230/50Hz，100% Load Gate 波形

0 L, r; H% Z9 }" g/ [

AC264/50Hz，100% Load 输出肖特基波形

( Z+ r9 Q6 R. g

AC264/50Hz，100% Load MOS-D 端波形

05、温升测试

# i7 f$ l+ G9 {7 I+ e) o: P测试条件：带外壳在40℃环温下长时间带载3A 老化。
2 T# S2 @& a/ M$ k/ [, u- a4 y
/ z! {$ Q. [1 S0 j" q- h

06、EMI 评估测试
4 W0 [+ y/ N9 a+ _3 @1 Q
测试条件：

输入：AC115V/230V；水泥电阻阻值6.67Ω，带线1.5M 18AWG 测试；
- Z, f0 E: D% {$ @. F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

AC230V 传导L 相

AC230V 传导N 相

AC115V 辐射

/ t- Y1 l6 ^) U0 I$ w8 d# A

AC230V 辐射