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$ N% l7 _! f$ v/ }' s5 _. u
2 b- s! s! M$ I( W6 N2 d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。
: X3 b2 Q- ^% j- D5 s7 S# R5 H2 U
, [8 U$ d% i- L4 _01、样机介绍

  Q' P: d% Q! s* ]3 V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。

7 z* S: g" b' u6 B3 s

CR6890H_20V3A 工程样机示意图

CR6890H 芯片

' a1 ^" R  o! A: kCR6890H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。
* L8 W) b2 w) R( o1 X; G
& v3 \6 I( h$ `特性
9 F% E8 |" P) \" `
较低的启动电流 (大约3μA)

4 a9 a( F# S. v7 w: q( C  i内置软启动减少MOSFET应力

带有Peak_load 升频功能；
+ ^5 {' t* `+ ?; G2 l8 f
CCM+PFM控制模式
* R! {) @4 q& `9 C9 B" _3 C
内建同步斜坡补偿，消除次谐波震荡

; l8 j/ C6 E( o+ M5 h内建频率抖动功能，降低EMI
3 M. H) w& B# o  {# a! h1 S
" `, c; ?4 ?$ q$ Y% O1 e/ |内置65kHz开关频率
. Y* L! W1 h5 E: a" o0 Y4 Y
# b0 U) l2 A$ R( }5 E9 r轻载降低工作频率

4 ~- k: r" Z& J! g15ms倍频模式

可编程外置过温保护并进入latch

3 Q0 l/ B% a" BVDD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
" r# e! i, P3 I& E6 `* t& j- s
% d- w0 A0 l' \, f内置输出二极管短路保护
5 X# g3 }. ^7 i+ a: p3 l
内置过温保护并进入latch

- k: F/ y4 v8 h过载保护
- N4 {7 V; s+ S/ s
SOT23-6L封装
9 p; N; M# i3 d! Q- a2 C
2 I7 I# A# c! c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
- b. a, ?* @5 f+ c7 K' n
6 D, ^9 |' c' W. GAC/DC适配器

电机类适配器
6 U1 m* Y) ~3 j
充电器

存储设备电源

典型应用

3 {0 R" M# N. c

管脚排列
) |+ ~( d* Q8 `1 o9 ]
# T4 g. x7 }1 x, S1 f6 N

管脚描述

; _; y2 T6 z" b- m; g, |% q) k% U

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。
/ w) y: h+ V8 u# W/ f4 k
3 O$ _' H9 V) u* u( S2 j5 B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。
  B" |# q' K+ t% ]" V
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

* J, Y- V! z& {0 ~1 C/ x/ q; z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：

' g4 @: g9 ^5 H6 D0 V# r
0 O: p/ o4 H" b2 y' w$ b) ]2.2、输出特性(PCB END)：

' p% M! p8 d9 L9 N& b" O5 o
! A% z2 u/ m* J! c2.3、整机参数：
" b( U' d2 j! \3 R& i

2.4、保护功能测试：
) r2 G4 R1 c/ {

# X* ?  x5 x* t9 r5 G' d2.5、工作环境：
* h$ T2 t& X* Z/ {5 d" X' l

) i' |0 {9 d- y. v; r4 M
2.6、测试仪器：

03、样机结构信息

! f2 t" s4 l( G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 @3 D) f* ]9 _- N; M: J3.1、电路原理图及BOM：

3.1.1、原理图：

/ ~6 ]5 @0 y& c6 }2 n

% i- u8 g, R3 c- A. _3.1.2、元器件清单：

% C- m) B& o, S, ^8 c  z* m

3.1.3、PCB 布局&布线：
; _/ E" k( j1 `( b4 c

PCB 顶层布局

- f/ E/ o% N) o& L3 v' q' b

PCB 底层布局

" Q+ k/ D  l# \9 \2 F

PCB 底层布线

3.2、变压器绕制工艺：
" h2 }1 s8 i, {
- n* t& S! a" f7 d# h4 Q& s- A3.2.1 电路示意图：

3.2.2 、规格参数：
' T4 ~8 I7 g' U. f& b
2 [- V" R" h1 r% r' U6 I1）骨架：PQ2620 磁芯（5+5PIN）,Ae＝119mm²；
+ z' o* E1 k% d$ f5 i7 c. d2）材质：TDK PC40 或同等材质；
! T9 b2 R7 h8 Y. x& {3 l4 c3）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；
, K9 U7 r# B$ p7 d. D6）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；
7 `' |$ k6 q) B! g
3.2.3、变压器参数:
) e( _) j! h3 m8 L+ b! T+ O

3.2.4、变压器结构图：

04、性能测评
  u2 g+ B$ L4 _5 R6 j- X' N
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。
+ n! S/ Z9 M: w3 ^$ w
4.1、输入特性：
2 \* ~! P; d- z: \. l+ H6 W& p
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。
% h. T0 s; c0 ^$ @9 k% g& w( ^
表1 待机功耗

+ p% O. ]. F# @! P! l表2 输出接1.5M 18AWG Cable100%负载下的输入特性
' s7 W9 ]6 E! d( M

7 O: I3 a4 Y% I表3 效率测试（1.5M 18AWG Cable）
0 I/ i( N9 D% G

表4 效率测试（PCB END）
) B5 k5 f9 p9 |& J

表5 能效等级评估（1.5M 18AWG Cable）
; ?3 {$ J0 c9 s( `3 F" W+ l

  \3 U, z' B+ k$ {1 G* I4.2、输出特性：
4 k8 w( Z9 n6 f* T+ y1 f- I
4.2.1、线性调整率和负载调整率: （ 1.5M 18AWG Cable ）

4.2.2、输出电压纹波：
3 }/ v/ }. _; H" }2 y# X, e
+ J; W4 v9 U1 r: X  V, q5 A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。
# X/ O5 }7 M0 ~0 x
' u6 h+ I+ E7 B  {0 x# P

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

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

) y" M3 Y1 e! G5 `' g

R&N @ AC264V/50Hz,No Load

' q  i5 h7 }: \- z/ G& C

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

4.3、保护功能：
: _  U! a1 U- a, t1 h8 v, k; r% E
8 j& s; q( G4 k) Q以下涉及过流保护、短路保护的测试。
% u( T" k  Y8 W" T) }
: M  Q: b, h8 {4.3.1、过流保护：

) b: D, K% Z6 p( q

4.3.2、短路保护：

- N6 l; J2 Y5 D( C功率计电流量程2.0A,开启平均值模式测量。

0 z, V: ]4 E/ l- x4 i& r

! o7 R4 o$ W" v7 T5 l- B& N+ c+ o4 I4.3.3、Peak_load 功能测试：

3 i4 s+ a* M2 y' I" A/ V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。

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

6 ^. ^6 s2 v1 [  O+ T

AC230V Peak_load 功能升频151.52KHZ

4.4、动态测试：
3 @8 j* K8 q, B8 I6 X
* h; h2 L/ g, i$ T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 b" u1 O, A; r$ Q

AC90V_5ms

AC90V_10ms

( s8 n  [; T3 B* \

AC264V_5ms

AC264V_10ms

: B( I/ Y! S6 l! A. N5 c9 ^4.5、系统延时时间测试：

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

! L# a* |$ p( E, X& y

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

4.6、其它重要波形测试：
/ O4 e% j- g- a2 ]) S* N+ b" k# q

AC90/60Hz，100% Load CS 波形

AC230/50Hz，100% Load Gate 波形

9 t7 g0 _7 q5 t# a  m; k0 g/ q* s

AC264/50Hz，100% Load 输出肖特基波形

AC264/50Hz，100% Load MOS-D 端波形

1 @/ j" I3 F: q4 J$ m7 W6 e* |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。

4 u6 x! }; m" G0 i! s6 q4 ~2 e06、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）

! k" R/ t. Z$ g" _$ d

AC115V 传导L 相

AC115V 传导N 相

5 f9 Z2 W+ V3 J4 {; ]

AC230V 传导L 相

AC230V 传导N 相

9 H2 g3 w; b5 X7 w1 }

AC115V 辐射

AC230V 辐射