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

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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。

01、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。
# l- C! p' u3 ^7 a. x( o% T5 q

CR6890H_20V3A 工程样机示意图

CR6890H 芯片

9 [2 K# |! q3 @, a6 ]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$ `3 F3 M3 P( i# I# ?
. h2 i& l/ {+ `! M9 T较低的启动电流 (大约3μA)

内置软启动减少MOSFET应力
5 q3 S$ y9 o1 s6 I4 l" v* w) R
带有Peak_load 升频功能；

9 o5 Z9 w; {% u3 Z+ y* n( rCCM+PFM控制模式
! y- C, h! ]* P% X+ T
2 b' [- o& w& p内建同步斜坡补偿，消除次谐波震荡
5 B# i2 a$ \' r8 h% z% v
内建频率抖动功能，降低EMI
3 K4 p3 k5 m* S4 A( h
1 Y; ^  G' c0 Y内置65kHz开关频率

6 Z1 U( c6 F) d$ `. x轻载降低工作频率
, C/ X( w1 P" n+ V& ~2 A+ O! b
+ W6 u% x- b) Z* E15ms倍频模式
) E1 i( m, P2 P* K" e# Z, Y6 P! [
5 b& @4 x, ?2 g! Z7 X5 M, b可编程外置过温保护并进入latch
' U& u; |+ S5 P/ X7 R
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
2 [+ h) t' \+ B) P* d' ]% f
  y! `  }: m% R" q2 j6 W内置输出二极管短路保护

内置过温保护并进入latch

过载保护

& G# M$ \: N; h/ B  `8 {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。
- ^' @7 o; w* h2 e( O0 f
& D2 h, r  S1 }% M+ H基本应用

3 Z' D7 f8 {! R) q5 q$ @) `AC/DC适配器
6 s0 v. y1 e, d8 s
# N1 y/ ]2 G$ F; Z电机类适配器
; I. J1 C7 e# i2 R( ~4 V2 Q
: x' A: X* ^( L9 c充电器

6 l# K4 ~9 \8 g( S" _5 V存储设备电源

% ]6 z- G6 t- p. n1 w  @典型应用

管脚排列

管脚描述

2 b  e9 c1 U' c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。
0 o" u2 P1 @5 @1 Z" Z
, _+ v3 D8 W* q! N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。
' ~  O7 _, 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。
" T$ Z) [' }( |5 T
! x" G3 L) [5 [4 R1 O& i0 M6 ~02、样机特性
3 c9 o: q2 }. O4 k) J- f
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。
& v! ]9 \. o- t! m" ^
" i; ~- }) F6 F' ^2.1、输入特性：
, b: j9 F6 S/ U% V. H: i# s

. w- H( S' U' [# U! ?+ L/ r
2.2、输出特性(PCB END)：
8 s; G* X' S9 T2 i1 |

2.3、整机参数：

2.4、保护功能测试：

( z6 ]4 l5 E! X+ E; b/ W2.5、工作环境：
  F. U$ X- _2 t, M: \) W) d* v6 p

2.6、测试仪器：

03、样机结构信息
. P: @3 ~5 Q; _0 Y
  I, F' W4 e, D  U% V$ b8 H, g3 d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。
5 P+ s% `  H2 t5 p) O
6 j8 W9 d7 p1 M3.1、电路原理图及BOM：

3.1.1、原理图：

) h% }$ h% `" S4 B

3.1.2、元器件清单：
8 u# O. s2 Q4 W* l. l; x

4 ]- E3 `1 l6 ~  W9 J2 [4 ]3.1.3、PCB 布局&布线：

PCB 顶层布局

% D  ~* w9 b6 q8 S

PCB 底层布局

3 P$ @. V: X! A5 k. U, Q$ Y

PCB 底层布线

3.2、变压器绕制工艺：
( _2 E& Q3 |* l2 o) G0 _  k
3.2.1 电路示意图：

3.2.2 、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；
/ c" b: s+ p# L! z' ^* L4）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；
' ]& B5 T7 P& G9 r6）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；
( ~0 F" f/ l: W, |6 U9）成品要求:浸凡立水；
% ]# H. s2 }5 q% S. z" J# {, j
3.2.3、变压器参数:
7 S% q- X# ]. M. i% A% D0 @

3.2.4、变压器结构图：

* z" X; b8 [1 D- ~8 b04、性能测评
& n. g( z& x7 k7 F: s
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。
; M. w! P! O% @$ e, X
+ |8 j! o6 U! O) P/ t8 G, P4.1、输入特性：

! i3 I* L2 L, S2 j( ]7 L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

" s% F& {" k, f/ D# Z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）

! a; ?2 v3 i/ b& N表4 效率测试（PCB END）
) h6 w: k# e6 r

表5 能效等级评估（1.5M 18AWG Cable）

4.2、输出特性：
. J# y! C+ w4 O, N/ `
4.2.1、线性调整率和负载调整率: （ 1.5M 18AWG Cable ）
6 H* J# c% w( M9 }- F% {

; l3 Y. A; Q$ h4 Z7 W; z# Y
4.2.2、输出电压纹波：
* y/ l# G& S: U. L) k: Q  U
, Q% w# \- @( q0 a0 g0 y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。

3 a, g4 p, L+ _% B3 }' x

$ C5 a& v4 h( R3 ^- w

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

( k& Y- ]5 Z/ i0 \

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

R&N @ AC264V/50Hz,No Load

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

1 t# b2 `0 P5 ?0 L# [4.3、保护功能：
) e6 {; O+ r6 a# _1 F
# T8 m0 G) T7 L1 q; \# W以下涉及过流保护、短路保护的测试。

! x; Z2 Y5 ^6 f5 q& U' a4.3.1、过流保护：

- X9 W1 b+ @  Q( l

7 `' c3 L2 [0 i! A- q$ L; h4.3.2、短路保护：

功率计电流量程2.0A,开启平均值模式测量。

/ n9 v8 O, |2 N! U; Q

. n( i) Q% p' M4.3.3、Peak_load 功能测试：

6 w) T; {7 b/ Q- S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。

( C3 R$ k. o/ b9 P. S0 k% w

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

AC230V Peak_load 功能升频151.52KHZ

% i- k2 }9 G! J, M4.4、动态测试：

' ~8 f8 U% r) T' K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)

% o$ M, t( I. r4 {7 m

AC90V_5ms

AC90V_10ms

$ m; T* V. s5 w3 h% U$ D7 b: S

AC264V_5ms

/ b: ^- a: R+ z

AC264V_10ms

4.5、系统延时时间测试：
' a( Q( @1 ?. \% w/ }& ]
, U! ^5 U% s$ G7 A7 P

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

' W0 c3 j0 B$ v

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

& E: E% H, [9 x, k

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

4.6、其它重要波形测试：

AC90/60Hz，100% Load CS 波形

# B  A7 G* V1 h/ z

AC230/50Hz，100% Load Gate 波形

% ^/ T9 u3 u! A+ g+ P, ~) r

AC264/50Hz，100% Load 输出肖特基波形

AC264/50Hz，100% Load MOS-D 端波形

. i7 B( f$ m5 e8 Q$ q' E- Y" K05、温升测试

测试条件：带外壳在40℃环温下长时间带载3A 老化。

06、EMI 评估测试
3 ]4 z6 p; O% s9 S  x7 r, v
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）
+ f! b, U3 H9 a  r  k$ N$ l3 u
) j% w; S2 l  V; [( s

AC115V 传导L 相

AC115V 传导N 相

! T4 n9 m- w( a# k, ?) L

AC230V 传导L 相

AC230V 传导N 相

; L/ Y3 i( ]+ A) S3 E) B

AC115V 辐射

. z. L! `$ b# w7 f' @( D

AC230V 辐射