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

4 A1 n% }9 j' o+ R! I
: z0 f$ |* D8 D7 s+ K& A9 j4 K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。

  \; |; r6 a% W. B01、样机介绍
+ g4 [" I! _( P6 Z0 L6 \
) c! Q; t+ P1 d! \/ F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。
$ o0 h* Z# T9 `. e
& K2 u; t! ]9 P; V0 R( ~7 e: Y4 G3 e

CR6890H_20V3A 工程样机示意图

# G. U$ f: ]$ [' I0 `CR6890H 芯片

& |6 [/ d- ?, j, K  J2 J0 \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。
4 V! p0 `% i4 q5 @' u6 X' |: z7 ?
特性

' `- K+ m) @+ R# P  O' x% c, }较低的启动电流 (大约3μA)

) c  M& R3 D( h" d内置软启动减少MOSFET应力

带有Peak_load 升频功能；

CCM+PFM控制模式

' O+ N6 [8 ]5 t3 T$ S8 e内建同步斜坡补偿，消除次谐波震荡
. s+ P; d% i0 l; w, n
5 v- k4 w. u4 p& s内建频率抖动功能，降低EMI

) V. w: j! g( G+ o内置65kHz开关频率

轻载降低工作频率

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
: l6 @% A6 @5 W
( p- p9 _% B# U; c  X内置前沿消隐电路
$ d+ `. h8 n; J2 S
内置输出二极管短路保护
' [9 k" R4 C2 i6 @1 b+ B
内置过温保护并进入latch

过载保护

: ]. P+ ]( G- Q0 i' t; {8 ESOT23-6L封装
& |# f; ^5 p3 ]
8 B) J) {" w! K& d$ n1 q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
& |& O2 U1 z' c' Y( b, Q
AC/DC适配器

' l! T6 w/ v8 Y! M; X电机类适配器

充电器
& e1 C! X! f8 c# Q" K# K+ N& a
* F; t3 g2 l" E6 z存储设备电源

* f& [/ @4 i' c$ N+ f3 Z6 o典型应用

9 o0 c. b( T8 P% d

管脚排列
, F' _, V8 N" K- ~' k8 e# b; _7 Y
! N+ R6 a" E+ J+ Q

管脚描述

. ~6 r! A& y7 z

! T+ g! p/ i6 i- s+ H- ]# y7 S# Y7 Y! 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。

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。

: _" Q1 X% U) @/ J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。
5 [0 n5 l5 M% x- W
, Y/ @- j6 \% P0 S. Y' u02、样机特性
1 L& w4 ?7 P1 ^' e8 @
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。
. a+ Q6 @/ p( `# Q7 {% r
2.1、输入特性：
. v0 R# T" E1 b6 q. G( X

2.2、输出特性(PCB END)：
; j9 V1 B* g& d* e' ?

1 x1 P+ O( Q8 P: k2.3、整机参数：
7 l- f( y" L3 i& x5 A8 ~9 N: i

2.4、保护功能测试：

9 B) w1 G) H, I* W2.5、工作环境：

% {& v. b0 }4 r' y: A# J
2.6、测试仪器：
. O. Q! ~( K- y4 s. U0 H- D4 c$ Z

03、样机结构信息

) c/ t% h9 @; i7 ^8 h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。

3.1、电路原理图及BOM：
9 J6 Z( Y5 U5 c7 z0 j' U
3.1.1、原理图：
' z* O' v" X! c- C7 R1 M

3.1.2、元器件清单：

' Z& x; F. o3 Q1 R; Z; d

$ C, i( C" |- `: R4 Y: V3.1.3、PCB 布局&布线：
' {$ k8 N: \7 s3 U2 e" u( W
# W$ |1 M' \& e7 J: u

PCB 顶层布局

PCB 底层布局

: E! _1 b9 _5 m/ P6 n

PCB 底层布线

3.2、变压器绕制工艺：

3.2.1 电路示意图：
9 e( S1 t) \! F" ~

3.2.2 、规格参数：

2 [  K) I( z/ x1）骨架：PQ2620 磁芯（5+5PIN）,Ae＝119mm²；
2 S2 {+ J3 ~5 F; h% K- |6 G: y" m2）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；
: p9 F$ G% Y! J( Z( U4）N1 N6 N7 绕组从变压器针脚B 进线从顶部A 出线，磁芯接地；
4 `, w2 `/ ^3 ]+ A3 G1 L5）绝缘胶带:3M900 或同等材质；
) M: N- v- `( s$ s+ z! d% V! _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）)；
8）耐压测试= 3.3KV 5mA 1Min；
9）成品要求:浸凡立水；
0 j  j, L* h, x$ o- g
3.2.3、变压器参数:

8 P2 ?1 I' y/ M$ T/ r3.2.4、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。
+ ]$ V" e$ `5 x7 A) F- i
) m, ]/ A2 Q  i) z4 C4 `  ^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。

2 B7 h3 g9 w- z+ n+ c3 ~) E表1 待机功耗
0 N: r: s) e! p0 r4 U2 b/ C. c

表2 输出接1.5M 18AWG Cable100%负载下的输入特性
/ Q8 ~, s+ t8 `  t0 O' b

) W( V6 v2 D" [: j: o0 k表3 效率测试（1.5M 18AWG Cable）

3 q% A3 R( q0 R* h" u表4 效率测试（PCB END）
  C2 j$ ]6 Q7 U5 `6 a* X

表5 能效等级评估（1.5M 18AWG Cable）
1 d) d7 I$ o+ k

4.2、输出特性：
9 y+ u4 X; D  R' T& }
- @" [# W% B0 K8 m2 y  K0 B4.2.1、线性调整率和负载调整率: （ 1.5M 18AWG Cable ）

* W% s; F# M* Q7 g: C+ q3 G+ F/ Z' k
4.2.2、输出电压纹波：
( a' ^' R6 U" S
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。

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

$ _5 o3 ?( I3 Q$ I

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

3 D; Q: ~2 A/ J5 @: U

R&N @ AC264V/50Hz,No Load

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

4.3、保护功能：

以下涉及过流保护、短路保护的测试。

* W: f% F& G# v) m) R! K" ~4.3.1、过流保护：
. q$ B% h4 L, b1 Z8 A

# s6 h* I: w! ?" E4.3.2、短路保护：

功率计电流量程2.0A,开启平均值模式测量。
" G% R" `+ w/ b" @/ Z- m' D

4.3.3、Peak_load 功能测试：

9 i8 m2 T+ y! `4 m8 z7 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。
% b, E9 E& Z# s! [( C
( W4 u9 K! f8 T/ @9 a

AC115V 发波周期12.6mS，Vo 最低15.6V

/ W8 m3 F5 v0 Q: ~/ C" o

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

4.4、动态测试：
, x! w% f! b* h+ t
3 x3 y0 N* q# K9 D/ I; X8 B4 V  g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)
2 J* s& y& ~8 f! M- D; o( }1 ]7 K

AC90V_5ms

AC90V_10ms

AC264V_5ms

AC264V_10ms

4.5、系统延时时间测试：
% k1 V0 o3 I3 ^8 _; H$ D
4 O4 H& ]+ u% E! \) y4 Z6 @3 M

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

' f# d! B: }5 s6 a* ]. T  t- F& t

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

/ }: L: J0 U! K4.6、其它重要波形测试：

  m3 \9 _3 c! O% E3 P

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

3 v4 f3 b1 o# l6 R: V+ U% i. N. J

AC264/50Hz，100% Load MOS-D 端波形

. d& ?, p1 L' R" ?05、温升测试

. A0 L/ z* K- R) v测试条件：带外壳在40℃环温下长时间带载3A 老化。

7 i: v. g/ b. g) s$ E" m06、EMI 评估测试
$ f. H$ R0 Z- I1 d4 h$ h
; }$ A8 {- c, u' h) I* n! A0 a" A: S测试条件：
& |: I' W5 R' c6 l6 a
输入：AC115V/230V；水泥电阻阻值6.67Ω，带线1.5M 18AWG 测试；
6 U% B6 `. w& ^+ I- k# e限值标准参考：EN55013、EN55022B。（测试结果仅供参考）

AC115V 传导L 相

$ |( K9 d. q+ z! W

AC115V 传导N 相

AC230V 传导L 相

2 T# ~. Q- a) f5 ~5 d

AC230V 传导N 相

' e, Q! `" g& f8 k% e, q

AC115V 辐射

AC230V 辐射