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

6 d& d  P. }' W- V
) i& {4 p4 K: S' P: ~1 y! i7 z9 ?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。

! k, G8 T: p0 Y& `01、样机介绍
; l2 s1 S1 V' V' w
5 E7 s9 c9 ^( u, o9 U& _1 {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。
4 T8 J" k( I3 h0 m9 r2 J/ p2 ?
* i7 m" P# S: I9 S! [5 P% m8 t& I

CR6890H_20V3A 工程样机示意图

+ H+ Y9 _7 }7 p  p' t& Q* rCR6890H 芯片
+ \# L$ l( d/ _& u6 W0 z2 a7 M
# X6 o$ }6 a3 V5 MCR6890H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。
7 M$ u6 e( B- ~$ c3 @
* v1 [9 _- o& d6 e1 e# k. ~/ U# \特性
0 @8 l; ]) D, ]% p8 L
较低的启动电流 (大约3μA)
+ @/ u. w" d! Y: q
4 f$ t4 d7 s+ x# I内置软启动减少MOSFET应力

1 B# u1 q: O# B7 |# g带有Peak_load 升频功能；
! ~, f. p& y8 V  H4 |
CCM+PFM控制模式

内建同步斜坡补偿，消除次谐波震荡

内建频率抖动功能，降低EMI
8 a/ @2 |% ~1 U
3 R8 V8 P* u8 ~% d/ y8 P内置65kHz开关频率

+ }/ `5 n' O; D轻载降低工作频率
9 N# @$ [! B0 W, ^: m- c: d1 V
! U2 S2 J& D* P9 t4 s( N15ms倍频模式
$ R$ \1 N4 X* ]' K
可编程外置过温保护并进入latch

" }# p9 X9 Z& S# }4 U: XVDD过压保护和输出过压保护功能并进入latch
  o- {- a# g% z- k4 ?( T
内置前沿消隐电路

内置输出二极管短路保护
# T" d- q7 t$ d; q- q% P" o& F  h
内置过温保护并进入latch

  n" Y; D  n& T/ E( V: X6 [+ L) S7 K过载保护

/ M1 |! ^5 h. eSOT23-6L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

9 k1 K( c% |% l1 a  }' f# kAC/DC适配器

电机类适配器
" I) p7 y" m' v% ~2 w/ j
充电器

存储设备电源
4 n& w+ P5 w" s( F# o2 j% y
7 E5 h; ]1 P! t' L4 T* g% _$ w典型应用

: p  f9 A5 W, T' K0 |

/ ~) T2 L" s" Q$ `管脚排列

管脚描述

. ]2 j. u4 r8 L

& Q# ?4 x7 ^4 A6 g& v# a, r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。

# f+ l' H% ]2 [& y$ A8 k% J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。

4 ^& Z. N$ V' R! 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。
: ?% u( }' y& E' P
( z  W# O" X* h  ?02、样机特性
# b1 x. w3 I, e) P  u4 s
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。
) X- l8 w) d  x- e6 F- k; u! b2 ?
2.1、输入特性：

9 G! G+ O  f7 L* R% H& o9 z: N4 _
2.2、输出特性(PCB END)：
  W1 }8 F8 `1 J

2.3、整机参数：

2.4、保护功能测试：

2.5、工作环境：
( E6 p+ R3 [- t9 \& {5 n4 f+ {

2.6、测试仪器：

03、样机结构信息
. A# u; k5 l+ D) ~% s& ^+ n8 i3 i
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。
0 i$ y" [( l1 H
3.1、电路原理图及BOM：

3.1.1、原理图：

; I) G- G7 {& Q3.1.2、元器件清单：

4 J! h0 k, n8 Z! \! \3.1.3、PCB 布局&布线：

PCB 顶层布局

! D: u- H( R* U( n. H3 F; w8 f# c

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：
, ~6 v4 d9 a. Q3 S9 G

+ w& f& y5 `; e* v7 r+ y3.2.2 、规格参数：

1）骨架：PQ2620 磁芯（5+5PIN）,Ae＝119mm²；
2）材质：TDK PC40 或同等材质；
9 V- |/ l4 i6 q6 d3）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；
6）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）)；
* j% w* {/ u1 K8）耐压测试= 3.3KV 5mA 1Min；
9）成品要求:浸凡立水；
- x' S8 B3 q( d8 a( q( k5 ]6 ^7 o
3.2.3、变压器参数:

0 o/ U/ O& g; `) f% t, X

6 ]0 V1 `4 g( i: a3.2.4、变压器结构图：

) t' h* O9 m0 r9 u5 ]04、性能测评
6 Z( k7 v6 D, h0 u: l; ~
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。
* q! C7 ^/ G$ g# K4 E9 [6 t9 J$ h8 C! A1 ^
& P0 R- u( X# s1 m, r+ h' |# E- q4.1、输入特性：
. k$ e$ m* `' U% r6 K: V
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。
' }3 _: ]+ ]3 M: ]! m8 b
表1 待机功耗
3 s! c9 x9 i: v  m& x- j9 r

表2 输出接1.5M 18AWG Cable100%负载下的输入特性

5 t. N  o, h7 a# Q7 Y表3 效率测试（1.5M 18AWG Cable）
9 t; r3 i7 Z# W9 j7 v$ J

' T4 S. X) A& n% U表4 效率测试（PCB END）
3 N- J& P- W- P) M' F  C

表5 能效等级评估（1.5M 18AWG Cable）

4.2、输出特性：
9 V$ f* ?% [+ K4 F' I, r% F8 O6 m
4.2.1、线性调整率和负载调整率: （ 1.5M 18AWG Cable ）
6 \7 u) r3 v# R& n8 Y6 z

$ ]" t% w- T+ V5 k4.2.2、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。

  p/ O0 \& R+ v% Z9 J; W, \

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

0 q5 V' _$ z& R1 v# Q+ j* `6 w7 \

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

R&N @ AC264V/50Hz,No Load

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

5 w6 X; y9 S1 ]. b4.3、保护功能：

; J0 B- q8 e- W( l) J8 a以下涉及过流保护、短路保护的测试。

4.3.1、过流保护：

) J! v) H! w( X9 U5 s

4.3.2、短路保护：

. h' H) P, Z0 \功率计电流量程2.0A,开启平均值模式测量。
2 T( C1 p; E# M, Q; b
8 `" V7 g* ?( V2 v, G+ s

4.3.3、Peak_load 功能测试：
$ @2 |5 U% @7 H) w5 c
! K1 g+ x" A: W) t7 g+ g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。
1 D, k/ i' P/ _5 G
$ b3 h& ?% b6 T: u' d) X

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

; _+ a+ B5 e! X8 W) I! {

AC230V Peak_load 功能升频151.52KHZ

4.4、动态测试：

& F7 `- G& [6 ?$ H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)
# Q0 Q4 H& s* D) l
' C8 f6 F, B/ b& [# C7 i

AC90V_5ms

AC90V_10ms

; Q7 ^" C5 O) P( }; Y- ^

AC264V_5ms

* w/ A& H3 w% s6 L1 a- {1 Y

AC264V_10ms

4.5、系统延时时间测试：

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

: ^) c  D. I6 G" Z

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

; w2 z( K: ]" R/ U  p5 \

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

4.6、其它重要波形测试：

2 R; \6 W: }' l& k. i$ k

AC90/60Hz，100% Load CS 波形

AC230/50Hz，100% Load Gate 波形

+ Z( ~- p1 W: o2 Z* T9 u( u

AC264/50Hz，100% Load 输出肖特基波形

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。
0 S3 b" J- h) h* p
6 ?8 u' K" I/ U2 D! C# i

06、EMI 评估测试

/ q2 q, C6 t# D1 ~2 V9 n" b测试条件：
7 _+ Y2 `# V& Y3 X! X& ?) f
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）
3 d. q: r/ q0 M6 D2 _: x# M

AC115V 传导L 相

5 z# @- ]& S9 C* a

AC115V 传导N 相

# b% g+ Q1 E6 p3 \0 H

AC230V 传导L 相

AC230V 传导N 相

$ A& T6 ^1 V8 J. M3 `. J

AC115V 辐射

AC230V 辐射