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

( s# q6 `- C6 Y/ X! H( R) G3 \
$ {3 k2 G: N3 B1 l3 V/ m. \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 o4 g; B9 v, o1 g* o4 k/ ?  E5 u3 V% F: a
01、样机介绍
( U/ }) l% Z! ?  o: I) D3 M: ~3 \
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。

/ ~+ |- {1 o3 p. G- [( f# U, T" t

CR6890H_20V3A 工程样机示意图

CR6890H 芯片
- _: x# \6 w! L5 i6 c9 n) b
5 a! e. y& n. Q( H6 I0 E; CCR6890H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)

内置软启动减少MOSFET应力

带有Peak_load 升频功能；
$ F' X5 S0 h) D; B' r0 |7 f
CCM+PFM控制模式
; K1 G/ e* q9 ~6 p% G
内建同步斜坡补偿，消除次谐波震荡
+ x+ w) I& ]' F0 P2 X
内建频率抖动功能，降低EMI
4 e( y! r/ }# R( Q/ D5 X
内置65kHz开关频率
* c/ H. ^# V' F* R( p, _+ f8 W6 }$ w9 d. ?
% X- S8 B  K: p1 L* s轻载降低工作频率
+ q1 d% g: j$ Y. i. k2 X5 |
15ms倍频模式

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
5 C9 j2 Q; }! O+ u" i$ `1 V
内置前沿消隐电路

内置输出二极管短路保护

7 m( A" u, n( e% O内置过温保护并进入latch

+ Q& ~6 G6 ?/ N/ W+ C过载保护
4 J9 X2 i) D- J$ ]! _
4 A' M! j2 O3 iSOT23-6L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。

基本应用

AC/DC适配器
! S- K2 N' I3 _  x- ?
电机类适配器
  N7 D4 r# U( H2 C5 X1 b
% J( l1 q9 |! P! A: Z; h$ s充电器
' L+ ~3 A. U& D& Z: f
存储设备电源
* m% D) r& {5 y
4 N' k  ?  n5 {1 I典型应用

管脚排列
# `+ `' V5 w) p# o$ z" Y

管脚描述
& j/ Z- @$ y$ q

% M9 ^: Z8 s7 z% O- ?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。
2 ~( j6 A$ `6 z& B- X
, ?* `% q! G' X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。
; V8 A( U0 `  K/ G& C9 J4 G8 l" X/ h
4 a. F- k6 r+ n; b: y) ^* y02、样机特性
' u" E8 ]8 ]+ ]! a9 u1 K9 ~1 o
" k; ~1 E7 I% B2 R) G0 M/ g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：
8 X: p/ _! d( U/ l0 s/ L

: k! o1 z' p; r7 @2.2、输出特性(PCB END)：

5 t- ^8 ?, r; R
2.3、整机参数：
; P4 @7 n5 T7 ^" _, j

2.4、保护功能测试：

- t7 L* X4 u1 a5 Y! E2.5、工作环境：

! k+ r* h* M* {3 O9 i
2.6、测试仪器：
) W6 J. W& O( q9 i( ^- b: n) c5 c

03、样机结构信息
) M/ Y& l; `5 Z! c" B
6 ~+ w3 j  ]3 c% l7 ^7 d' M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。
# W: r( x# y% m9 C0 E; m  j
3.1、电路原理图及BOM：

3.1.1、原理图：
* l) z9 m! J# z2 B  X8 F

: T. M+ Y8 F0 I2 b3.1.2、元器件清单：

" ^* |) L; ]6 m9 C9 s3.1.3、PCB 布局&布线：
& h$ f% N( l7 u/ [( w
6 Q/ r# m3 J2 v, `( q0 |: n

PCB 顶层布局

$ f; B: P8 t1 h7 A" p

PCB 底层布局

PCB 底层布线

3.2、变压器绕制工艺：

3.2.1 电路示意图：

3.2.2 、规格参数：
0 j1 W; ?( a8 v) ]* }/ W
( C# m! O. D0 p7 i1）骨架：PQ2620 磁芯（5+5PIN）,Ae＝119mm²；
; o8 n  X' h2 l9 B8 @! T8 I2）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；
) A$ Y1 h4 L" R" ^! l$ V6）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）)；
& ]" p9 [9 b9 R+ u8）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:
" z7 m1 ]; k/ i( o. ]  V  a

+ U2 j) O5 G0 o. |$ K- J) `3.2.4、变压器结构图：

$ p& a# e  X( \$ Y4 T04、性能测评
) _- z1 }2 w$ K" U6 W+ M
4 p: E- s0 H  Z$ Z& u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。

: A! a: S* W/ _- ^% f9 o8 _表1 待机功耗

表2 输出接1.5M 18AWG Cable100%负载下的输入特性
4 l9 H1 \4 ]4 d# l- N

表3 效率测试（1.5M 18AWG Cable）
( _, s5 L- _! x7 {. f# z" n9 S; j& o! f, M

; s2 b3 r4 O  x# f表4 效率测试（PCB END）
4 c$ \% @' G1 A

表5 能效等级评估（1.5M 18AWG Cable）
) K4 x: o$ k$ k5 e5 t! d( U0 K

4.2、输出特性：

$ _( R" ?& t  Z- p4 Q4.2.1、线性调整率和负载调整率: （ 1.5M 18AWG Cable ）

! C) t; G- w! {6 x) D
4.2.2、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。

& v: @6 [3 `6 ^7 g+ o9 E4 f

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

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

+ K  f3 i2 y% R. t6 I0 x) a

R&N @ AC264V/50Hz,No Load

; e1 L& l; X; m9 Y  d- o& Z0 Z

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

$ O8 \# A1 k  R% Y4.3、保护功能：
; \8 Y5 \% t2 O/ H8 ?7 ]+ v
8 e2 b3 p; w& p" J9 }) u; ~以下涉及过流保护、短路保护的测试。

  X: R. h+ _( J+ n9 q' H4.3.1、过流保护：

, e  u( e1 ~5 f9 a# Z" @

" b, f" p4 M1 m; v+ J! R8 X. w4.3.2、短路保护：

" o0 k$ i+ e# @$ v功率计电流量程2.0A,开启平均值模式测量。
5 H, V# {$ x! o3 H3 h! C
" w5 X8 Q" U, ~; [9 ~* o* d

4.3.3、Peak_load 功能测试：

  K2 K5 j( z  J( ?5 Q. @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 y7 o* j3 f9 f6 h$ ^+ k' M
7 a# c' _- T4 h8 H. K

AC115V 发波周期12.6mS，Vo 最低15.6V

& T2 P$ d) w: _5 F

AC115V Peak_load 功能升频151.52KHZ

: O9 x5 l, H  A$ `, M

AC230V 发波周期11.2mS，Vo 最低18.2V

AC230V Peak_load 功能升频151.52KHZ

4.4、动态测试：
  u$ }( o3 t! j8 b# ?
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)

( Y) Q8 ?' c# e. U- {- ~: {. u

AC90V_5ms

AC90V_10ms

AC264V_5ms

7 V. c% \, h' Y' n

AC264V_10ms

  d3 r9 }7 x, R( {4.5、系统延时时间测试：
4 B5 c$ A- a) n* g! J* m+ U

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

+ z" p+ s# w, f

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

% ^/ a- s1 F8 l7 |. D; S+ j

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

4.6、其它重要波形测试：
4 ]& {3 }, F( l
( W5 Z! l$ y& o

AC90/60Hz，100% Load CS 波形

! e, Y- J4 K0 b* Y, w# M

AC230/50Hz，100% Load Gate 波形

AC264/50Hz，100% Load 输出肖特基波形

AC264/50Hz，100% Load MOS-D 端波形

* h0 ~, F, [9 m( ]7 ]7 D# M05、温升测试
  g, ?* b1 p' e' e- A& H* Y9 y
测试条件：带外壳在40℃环温下长时间带载3A 老化。
& _6 E2 Q) F, i) _' L  e; `

' h8 f7 c/ o8 }; @. `: O6 _06、EMI 评估测试

测试条件：

2 K: E6 J: V; p- [输入：AC115V/230V；水泥电阻阻值6.67Ω，带线1.5M 18AWG 测试；
7 [1 `4 J6 p/ [6 G6 A, B! Y- @, v限值标准参考：EN55013、EN55022B。（测试结果仅供参考）

) H$ R: E6 h6 P" y+ _" [4 c9 _

AC115V 传导L 相

/ {1 i4 J; z6 y+ @% l

AC115V 传导N 相

* X1 w! h' r1 ?; u- s* v

AC230V 传导L 相

: ?( X) A: E& b

AC230V 传导N 相

AC115V 辐射

AC230V 辐射