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。

+ N. P3 g, K& {- ]: \01、样机介绍
  q; U9 e3 e" A. m& U1 o
8 m5 F8 B* e9 B1 C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。
- @, \& d, |8 ^4 ]7 a
- Q" N) X- R+ ]0 y. K% T* \9 q# Y

CR6890H_20V3A 工程样机示意图

4 s0 ~+ r+ I' |( cCR6890H 芯片

; A& q6 Z! Y. c4 i$ LCR6890H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。

4 C2 n6 P' M2 A8 W' d1 I) \特性
; E9 D  d! x1 W1 l+ x* ^
较低的启动电流 (大约3μA)
, x* [9 W) m; `/ `7 R0 m/ s
内置软启动减少MOSFET应力

! k( m+ _9 U& d* E: J带有Peak_load 升频功能；
7 }4 v) ~7 S6 G0 g5 ^; P" ~
8 e, b: H" h4 P1 k7 ~8 {$ CCCM+PFM控制模式

  M% }1 Q! i# y0 Z- D2 y内建同步斜坡补偿，消除次谐波震荡

  K! i; M$ ]" a. i7 R; R* [内建频率抖动功能，降低EMI
; ~1 b+ f; Y$ A! d! J( T+ I
. ~3 \- P- K* m' s; v内置65kHz开关频率
9 d6 u! b- i+ }$ K( \
9 a# f% W9 ]; J1 u/ u* E% u- t7 U. I轻载降低工作频率

15ms倍频模式

. v0 a: d% e7 x( z: Y% E: G可编程外置过温保护并进入latch

2 s, e) C& a- }; ~VDD过压保护和输出过压保护功能并进入latch
, T' D' s2 d5 j3 X. z6 e
内置前沿消隐电路

2 Y% a9 r  {1 r' g& X- I8 i内置输出二极管短路保护

8 B$ n# k- b: I, a( T7 ~: J! T2 u内置过温保护并进入latch
; {: t* P6 G9 K  `
7 A1 [- s4 m- w% P0 g" O; d3 |' i过载保护
7 d' D& t  V* g9 ?
SOT23-6L封装
& G, L% \  e: A: _
# v& V6 j! }9 a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。
$ g5 ]1 C" ?% u+ c! Z# [1 }: g4 D
& S5 E$ y6 N: q4 L5 H+ t基本应用
- q8 y: k5 v3 E* u2 ^- V
# @+ f7 K) h9 x( n! |, h% cAC/DC适配器
4 b6 P9 a) o2 @  {& K
电机类适配器
- ?) z' b( [% L0 D0 D7 ~+ `
充电器

" Q" x; X5 p/ G- x$ O1 I存储设备电源
- C. R; b  b) r
4 u5 L; f) }6 k( E$ G典型应用
2 Y0 p' @7 l4 ?& b

. D5 b1 g; {! z/ c1 V$ M管脚排列
- a5 f, w. r! ^. W7 }
; V3 D9 ]' U+ S% H

管脚描述

) T; G' g3 f4 a; \% s6 F. x# ]

- j4 u8 x$ m% E1 Y( d- F- h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。
) _4 i2 |5 ?8 S8 {$ O: x3 s
2 o5 W) e9 L  A6 W9 m0 b7 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。

. C1 u1 ]8 S0 z% u4 y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
! H3 n6 J: M$ ?, r7 ?- ~  d: h
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。

- T: f! d9 h- P2 T7 ?# \2.1、输入特性：
$ f, z! k: h& f% a) o2 U

2.2、输出特性(PCB END)：

6 `5 V" \: d. ^9 z( n& l2.3、整机参数：
9 }2 j$ a3 X* ~0 G& @

2.4、保护功能测试：

2.5、工作环境：
$ {! a* O. H' v/ e: y, P, Z) M" c

2.6、测试仪器：
% J6 ^, P& c0 @

03、样机结构信息

" w3 P* v8 d5 N" b+ {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。

" h: G  c$ D/ j! W/ }# e3.1、电路原理图及BOM：

3.1.1、原理图：

. F! N4 r( P0 J4 ~) u: q

3.1.2、元器件清单：
0 t  e, X3 ~/ S3 S0 u1 X  Q
1 H6 H/ ~  r5 w. W' l+ I; V

3.1.3、PCB 布局&布线：

$ e; ?' d$ R  K8 z& I& T3 Q. s' n

PCB 顶层布局

' n4 J, `; D$ ~( q2 O  c3 u

PCB 底层布局

$ |8 D% P5 Q. J/ V/ |$ ~1 g

PCB 底层布线

3.2、变压器绕制工艺：
8 t6 j" w  S  t5 X+ f7 T; t$ V
+ c0 v$ G6 A7 x; J3.2.1 电路示意图：
# z) s6 Q5 h9 F+ U( W

9 Z( f. p& w( ]8 _3.2.2 、规格参数：
9 K; x! P5 E& g8 W/ G% d( q9 j
2 R* B: ?0 p! S/ A+ i+ @3 l1）骨架：PQ2620 磁芯（5+5PIN）,Ae＝119mm²；
2）材质：TDK PC40 或同等材质；
, }; O  m* H6 o  z8 {3）初级、反馈: 2UEW 漆包线；次级: 三层绝缘线；
) t. V) p- z' ]! h* m; |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；
- @' d$ D* |; d5）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）；
9 h0 `  L6 \/ U! _7 T6 ]& J7）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）)；
% b( B/ x" h+ m4 _8）耐压测试= 3.3KV 5mA 1Min；
9）成品要求:浸凡立水；
- w, G' o' o0 W: l- i5 x
- H6 V8 S, Z3 D- a3 H2 \3.2.3、变压器参数:

3.2.4、变压器结构图：

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。
& ~! I0 J' U* i) y9 K/ Q0 S
0 M- d$ d! ?( N; r0 }4.1、输入特性：
, C. Y1 w# R) ]  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。
6 u5 u3 s: s, @
表1 待机功耗

: g- v" Y& {" G! S" K0 K) J! `表2 输出接1.5M 18AWG Cable100%负载下的输入特性
2 f" M6 H  `6 e! F6 f+ O# z6 f

表3 效率测试（1.5M 18AWG Cable）
& `4 k  k: w( [

表4 效率测试（PCB END）
. |( u  O* W9 D, _. ?, E, o: u" e( \' [, e

表5 能效等级评估（1.5M 18AWG Cable）

4.2、输出特性：
$ T, m0 [; {- ?4 f( v. ^: C' _: c
" Y8 }1 K: \" a- h4.2.1、线性调整率和负载调整率: （ 1.5M 18AWG Cable ）
+ W0 X1 @4 Z7 F6 t' T) o+ c2 p- k

8 T7 l2 R4 X3 c( s4.2.2、输出电压纹波：
' l' F! u8 \) y$ t  ?
" {. J' |0 X2 r& D! ?7 P0 R# t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。
/ U" f+ n, m; P) j

  s4 J! A" Y& H

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

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

R&N @ AC264V/50Hz,No Load

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

, f/ w/ E' J5 {. h2 F" {4.3、保护功能：

以下涉及过流保护、短路保护的测试。

% C, M, n, h  s! C* ?) v9 w4.3.1、过流保护：
% h' A1 h* v7 X. _2 k- ]4 Y# k
5 X$ z2 `1 ^9 g% b* g- {3 Z  |' ~

4.3.2、短路保护：

; A! A0 O  }; C$ f8 z- J' I功率计电流量程2.0A,开启平均值模式测量。
+ q. n* K& [# z* W, x) ?; F) H; t* Q
% k! v1 X) \5 [4 S  a5 _' I. v

4.3.3、Peak_load 功能测试：

  ~# v) R9 B: B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。

9 X1 n; h2 W6 l9 y9 E! F7 X1 K

AC115V 发波周期12.6mS，Vo 最低15.6V

9 }7 z& L: ?" k! I+ n0 P$ i4 |

AC115V Peak_load 功能升频151.52KHZ

AC230V 发波周期11.2mS，Vo 最低18.2V

8 f4 ^. M5 o4 c' B

AC230V Peak_load 功能升频151.52KHZ

4.4、动态测试：
" _+ ~) c" B0 e' T
4 ?" l( H9 ?( a1 e! i- {. p' \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)

5 r: e7 n# p, d9 h

AC90V_5ms

AC90V_10ms

) g- y& [! B$ i/ y: Q# F

AC264V_5ms

AC264V_10ms

8 g& q8 C$ |: t' e: m3 f4.5、系统延时时间测试：
3 z% a8 S' `6 I2 P

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

' f# H5 t: P/ j7 L2 N9 u& q2 ]3 s& {

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

  C0 n5 O: y9 W! O$ R5 w

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

1 d1 F# N+ ?  j( s3 U

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

/ b1 h$ `; }! I$ g5 J0 m! _) j4.6、其它重要波形测试：
! X' }% [# c3 k* m# i& k

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

- p7 P: n' ]* y6 a1 u

AC264/50Hz，100% Load MOS-D 端波形

" V" U  f3 v' O% I2 C05、温升测试
9 a* l5 C5 n0 S; j% a3 v7 A# e
测试条件：带外壳在40℃环温下长时间带载3A 老化。

+ v7 u* \# C, A6 _

8 Z; h3 c0 E  m, O+ ]8 q06、EMI 评估测试

  a( e) S$ G7 w6 @测试条件：

% @* X. `( O' G; r7 b. d6 S输入：AC115V/230V；水泥电阻阻值6.67Ω，带线1.5M 18AWG 测试；
) o/ ]+ c# P# r2 i( k限值标准参考：EN55013、EN55022B。（测试结果仅供参考）
& _' X0 Z! z  q7 r4 f

AC115V 传导L 相

AC115V 传导N 相

AC230V 传导L 相

AC230V 传导N 相

5 ~! X0 _8 z. m0 J1 b7 S, E' n

AC115V 辐射

AC230V 辐射