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。

" W9 F' A$ n* r1 e; @01、样机介绍
6 ]& W5 G+ ~6 E3 g$ v$ H! g
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。
0 H& `5 d4 R* o- Z( U& T/ [' U8 t# \
7 ]+ V& {, w' R6 R1 |2 ]

CR6890H_20V3A 工程样机示意图

7 X. M: G9 o, }/ ICR6890H 芯片
/ r$ x  C% e2 n: J) a
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。
9 J. s' l9 u7 x+ f% @% X! P1 o1 g' Q
& w. p' s7 O1 @9 ~& N! ]特性

较低的启动电流 (大约3μA)
2 H! v( V5 E, v9 }& P
内置软启动减少MOSFET应力

5 q: r7 r! s6 q# Z7 ]. c# `' V带有Peak_load 升频功能；

1 ?* k: r: h2 @CCM+PFM控制模式

  e$ Y8 D. \( U$ l9 G# m内建同步斜坡补偿，消除次谐波震荡

# x" o3 |$ m: \- F% V0 J/ g9 a内建频率抖动功能，降低EMI

内置65kHz开关频率

% V4 _: @: f  z9 f8 F( [* T轻载降低工作频率
- v* v) @& N' O7 {: D: s) V3 ]3 Q# R
% {8 L: v9 v$ e15ms倍频模式
' m( s7 K+ H8 e6 b4 E
' G' B$ I- l" p" h) y3 y- @' N3 h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

/ n: D) b  r& Z" v& `内置前沿消隐电路

内置输出二极管短路保护

/ @0 D9 |9 [3 Q, x内置过温保护并进入latch

: Q) i4 C* r- n, n! [, |3 }过载保护
4 {# O  S  a% h: _$ P& S
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。

$ {4 M$ N* I  C- N& `基本应用
; m: H* P) n3 U
AC/DC适配器

电机类适配器
" q; ?1 B+ v4 {( T/ G  d6 y
充电器
6 E9 V9 x" h1 p3 A& ?, `% e& N
; S; w2 R+ J* y9 I. i3 H3 P存储设备电源

典型应用

/ U4 L# D/ S' }) L$ p

管脚排列
* \: ^# h# ?! J2 u6 A# ]9 }
( W/ I9 w$ o, [

管脚描述

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。
* b- S" i4 I! ?& n! ~
8 n9 K) T- F! u* |6 }0 Q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。

1 ~0 u* a+ q& g: V" M, P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。

02、样机特性
/ s! }. a2 a; ~
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：
0 i$ q& [$ \; e2 \: j+ X9 F" \

/ a1 r7 e0 K3 q5 S8 F- Z
2.2、输出特性(PCB END)：

% V4 W0 S+ X/ M8 h2 y+ _
0 K0 L8 P1 E& _- N4 h+ l2.3、整机参数：
; O! b# o6 X+ O# q) U

2.4、保护功能测试：
3 u4 Z  n; t8 f* w

6 r8 c3 l* G+ S7 G/ I, [% M2.5、工作环境：

! {& ^5 m' @; L$ r* U4 E( @* }
2.6、测试仪器：

03、样机结构信息
) K8 y7 L( q! L5 @. ?  {* j7 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。

$ t& [+ i1 {( l% C$ A1 ^( j' r3.1、电路原理图及BOM：
1 W  w) c2 @: e
" G% @, A0 x4 ^+ O3.1.1、原理图：

/ `3 v0 y0 m0 M+ t

3 T( H  ^/ V0 b  K/ \* b3 ~, k, t3.1.2、元器件清单：

2 Z7 P8 A: h" q( [0 Y4 P  u3.1.3、PCB 布局&布线：
3 _% Q  }8 z! X; m9 S
2 u5 X9 O- {- K# o

PCB 顶层布局

PCB 底层布局

! m0 p4 h* E0 M) ?: b4 M$ r$ t

PCB 底层布线

3.2、变压器绕制工艺：

- F! W8 Q% y2 p+ p3.2.1 电路示意图：
3 @6 k/ N* M0 y2 Z0 J, S1 T

1 N) b7 y6 U% T' \3.2.2 、规格参数：
2 I; \, E7 Y+ |2 d8 j4 I
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；
+ _+ l& p1 M: p( `  `6）初级绕组感量Lp：0.6mH±5%（测试条件：0.3V，10kHz）；
  l6 ^& V- U+ f1 h# X5 U7）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；
" S2 `7 C9 a- a9）成品要求:浸凡立水；

3.2.3、变压器参数:

5 @4 E* F! e: ?3 E1 |& K3.2.4、变压器结构图：
4 e6 x4 d7 J) V! Z# I/ M

04、性能测评

3 T: \1 r8 s. ~- X: g! w4 A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。

4.1、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。

  B) r* c' g, |. M* y- ^表1 待机功耗
- {  @4 S) r8 n* W9 ]) K. k) e

表2 输出接1.5M 18AWG Cable100%负载下的输入特性
! r- M( n- d: e% Y# p

表3 效率测试（1.5M 18AWG Cable）
& e* p3 ?* M' Z" N

4 C' Z9 {' K# M2 ^  G& |( s( i表4 效率测试（PCB END）

/ @2 v1 |" Y1 z; p) Q表5 能效等级评估（1.5M 18AWG Cable）

( i3 a5 D4 R7 \! t2 z4.2、输出特性：
5 Y4 y% n5 G3 r6 i' O
5 |* [, J! [  E2 U5 R4.2.1、线性调整率和负载调整率: （ 1.5M 18AWG Cable ）

  J2 X9 R# \7 x8 r5 B; {( ]
4.2.2、输出电压纹波：
  i- p% m, b$ p. d, a4 [, V
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。
9 h! K, _3 y8 C- W8 g5 P
- ~3 G4 q* g4 s5 X+ h

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

% x5 E9 _7 Q- ^# z8 [  ~

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

R&N @ AC264V/50Hz,No Load

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

4.3、保护功能：

以下涉及过流保护、短路保护的测试。
, G" n1 g* H* B3 G2 S
5 W- I& k, O. i5 d1 M+ y4.3.1、过流保护：
  }6 n8 O3 r! i( }7 J: C  r7 e) T
, _; [- ?7 u$ ^- F8 z

. I( F! T& `6 u' d+ y: s4 h. Q5 r4.3.2、短路保护：

7 {0 m% f0 Q2 R- a功率计电流量程2.0A,开启平均值模式测量。

) h3 }' A  X$ x- F! ^5 r% z

4.3.3、Peak_load 功能测试：
# f$ G  k% h7 ~0 R- o% V) U+ {
, ]* I1 e) a4 [% W/ k- W9 C5 P0 f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。
# B6 D8 [5 k! A

AC115V 发波周期12.6mS，Vo 最低15.6V

- _0 M9 G1 _* Q  f

AC115V Peak_load 功能升频151.52KHZ

0 L! @' k' W5 ?8 J/ p

AC230V 发波周期11.2mS，Vo 最低18.2V

( D  L+ Y" R9 C6 H

AC230V Peak_load 功能升频151.52KHZ

) r$ K1 p/ }& z$ i  `7 {4.4、动态测试：
; F0 C" F, @3 V) }" S
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)
0 }' }1 U* K/ j2 I9 ?
7 [3 @/ z! P1 A+ B& Y

AC90V_5ms

AC90V_10ms

AC264V_5ms

AC264V_10ms

5 y2 ^  D' o7 R+ `! l1 r; Y4.5、系统延时时间测试：
5 @4 W  J( X" z4 ^+ R. j/ X  t( l

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

: T; G3 N1 a. [5 G

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

; G; l- K1 Q4 t0 ]& a" H! ?" K

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

4.6、其它重要波形测试：
' d7 F! |/ \5 [% G' y
2 z5 W9 h+ @4 h8 K2 l4 ]& j

AC90/60Hz，100% Load CS 波形

- [6 v* q4 p4 x

AC230/50Hz，100% Load Gate 波形

0 V* R, i7 |) y' \' j

AC264/50Hz，100% Load 输出肖特基波形

5 g) M# D6 G$ D3 S3 c" q

AC264/50Hz，100% Load MOS-D 端波形

05、温升测试

测试条件：带外壳在40℃环温下长时间带载3A 老化。
8 h# J/ ~8 L+ V8 e

. U+ T  m% L3 A0 K' D$ v2 n06、EMI 评估测试

测试条件：

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）
  z& m. h( a" \( f- c
3 g" \3 z. o  V+ ?2 E6 f

AC115V 传导L 相

AC115V 传导N 相

- k" H# e5 c$ i8 @+ ~- S( v

AC230V 传导L 相

4 ]0 H$ M) h4 `& V8 e

AC230V 传导N 相

AC115V 辐射

2 t2 N2 @* I" s" {- x( q- @

AC230V 辐射