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

9 N5 v% ?0 N0 |: N, T! P
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。

- b5 F8 m. v$ Q1 N& M  k; [01、样机介绍

) z+ q4 C' U$ I, w" h/ Q/ d! B- N8 L- 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。
6 U' Y! ^  O$ l. v# v% }; v8 U6 j
$ R  z8 L& S% ?# n- G3 k% a

CR6890H_20V3A 工程样机示意图

CR6890H 芯片
- h# g6 e& F' R( w6 X3 E& ]0 j
" S  Q" B5 n+ k! bCR6890H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。

( W' G5 L, g7 c! W特性

较低的启动电流 (大约3μA)

2 n/ O$ @2 M# D  H/ @5 @内置软启动减少MOSFET应力
& H' t; ?; U6 E6 B* C
带有Peak_load 升频功能；
% k0 V" J% T  _: `
CCM+PFM控制模式

& O' G$ C, G# Y& t内建同步斜坡补偿，消除次谐波震荡
0 n4 A, ^& i" B$ X
$ Z$ F' ]+ u& M, t5 r内建频率抖动功能，降低EMI

内置65kHz开关频率

- C2 k! t+ P2 l% K/ d2 r0 g7 c% E轻载降低工作频率
% I, E, d# X1 [- A0 V
; M1 N* @- f- W- O1 v' i; W15ms倍频模式
2 R6 s) t' u4 W/ X  s' B
9 v: ]/ q0 C/ L& k可编程外置过温保护并进入latch
- C3 Q  w3 H- L! d: e% k+ g
VDD过压保护和输出过压保护功能并进入latch

3 R1 l( y4 T! y$ c# g: s内置前沿消隐电路

+ [9 x5 H9 r8 m$ I* f  |7 ~2 T) s内置输出二极管短路保护
# r/ Q9 g3 m  b  z
内置过温保护并进入latch
4 i; e' v0 H: J) p0 f
过载保护
6 K. |2 _  r7 K# Z& v( Q
" C% Z! ~- K' t; T/ k  G% w3 CSOT23-6L封装

& k8 P  |1 J7 j. P$ J0 e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

( G. B3 G" v6 m4 J3 W+ a4 TAC/DC适配器
1 ]  N" D8 d; b8 X( ~* V; n
电机类适配器
. |/ R6 G$ j6 k9 Y7 R
  L2 I' |, ~$ }5 Z4 s) [+ f! d充电器
! G- I  R# V/ Q4 A2 t  s& j6 i
5 L" q) F5 M+ c7 H% i5 G存储设备电源
% @) _. O- k" k; y) c, X* l
典型应用
  W8 B+ y2 x/ R- M& V" [, c# [& y% b

$ L# ]& i1 \/ H$ d管脚排列
9 J  c  l( r% }0 }" g

管脚描述
1 a! v0 j5 e( R9 r+ m! C. ~4 y. R

* a1 t% j& _* a3 T1 y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。
8 {0 P4 w2 [! J, k, o1 g2 V
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。

/ m1 n4 E6 {* a* k, ~+ 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。

02、样机特性

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# x6 X6 s9 R
6 U" F5 A5 ^  N% G8 E0 x2.1、输入特性：

5 R$ n4 d" V& M, `" p9 F2.2、输出特性(PCB END)：

2.3、整机参数：
' X% n8 P! Y4 U, c. b% Q

2.4、保护功能测试：

2.5、工作环境：
8 l- ]/ O5 b' t  g; e; K2 g

2.6、测试仪器：
% \: l$ n. V! H4 x

03、样机结构信息
  D; e/ D) E, x4 z
% V3 ^: w6 j9 ], G# l! `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。
2 F" m% W# R# u: `; D
  {! ]3 f2 }& M; d: ~$ |3.1、电路原理图及BOM：
* }7 v8 Y' ]! A" P% N% O8 g$ N
3.1.1、原理图：

  Z0 J9 T2 I: P- i( j1 E

! y* L& d9 {0 i- P6 ?" k5 O3.1.2、元器件清单：
* h& k3 e: k  Z7 i/ H
2 ^$ d1 z5 t/ ?" ~

3.1.3、PCB 布局&布线：
) j+ n; j" G' O* C

PCB 顶层布局

/ G, l  e0 k5 S' S

PCB 底层布局

1 l* |# K2 L! M' s

PCB 底层布线

3.2、变压器绕制工艺：

3.2.1 电路示意图：
! H# z* b/ V  Q

4 a, G) c' m. A3 z5 S6 l+ Y3.2.2 、规格参数：
, i4 _6 b8 y+ z* f, Q9 L" f* e
1）骨架：PQ2620 磁芯（5+5PIN）,Ae＝119mm²；
# R' g! X9 R& S% j" p2）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；
, L, w# C5 u; O6 f1 ]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；
7 `, F  O; \" C) `4 p# g0 ]9）成品要求:浸凡立水；
* S  ~% u0 D0 a) W) x- s8 M! A
3.2.3、变压器参数:
8 l2 N; n# v) S5 T( @: K- [; _+ F
  f0 {* R8 ^0 M% v+ Z5 t

' z) o5 G3 R" i* y# }9 d6 `3.2.4、变压器结构图：

04、性能测评
& x1 a8 o" d9 E
7 H3 i9 g) X+ R0 U, ^, d4 T) B* ^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。

, J- [5 P4 R( Z: ~/ m& `) E( |6 x4.1、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。
/ D( }* A) y, i" j
表1 待机功耗
- j8 {/ Q$ T5 C& P

4 V; _. ]' q3 y7 T& x表2 输出接1.5M 18AWG Cable100%负载下的输入特性
& O+ v% H  h3 L/ A# a

表3 效率测试（1.5M 18AWG Cable）

8 p' A$ R" _( v* H& e表4 效率测试（PCB END）
1 @8 }6 w& ^7 L  c% q: x

8 M1 S8 J8 C8 J$ s- O表5 能效等级评估（1.5M 18AWG Cable）

  D3 v* h) |" v# {8 l- k0 J7 D2 K4.2、输出特性：

5 B; N1 @' D  C  @4.2.1、线性调整率和负载调整率: （ 1.5M 18AWG Cable ）
- s% e) k0 P9 F, k& N7 e

+ c7 v/ J0 O" {& e, C
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。
4 `, d  I, ]  G  @

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

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

# u' S8 ~: @; d

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。
2 {  v. N) y: l: v3 j
4.3.1、过流保护：
6 i  S; J8 b" E6 w

4.3.2、短路保护：

功率计电流量程2.0A,开启平均值模式测量。

4.3.3、Peak_load 功能测试：
% T; @( z4 ~  ], D
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

3 n+ L; t' I2 {  P

AC115V Peak_load 功能升频151.52KHZ

AC230V 发波周期11.2mS，Vo 最低18.2V

+ {2 d' v0 l6 @: U) f6 f3 l3 ^

AC230V Peak_load 功能升频151.52KHZ

4.4、动态测试：
/ D3 m4 i) I* r4 V$ R, L2 T! u
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)

AC90V_5ms

AC90V_10ms

9 R! P2 C( C; P

AC264V_5ms

AC264V_10ms

4.5、系统延时时间测试：

" c8 S0 I2 `5 ?3 O* C9 X

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

! X- l2 Q! N8 K& N! S% U3 @

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

4.6、其它重要波形测试：

AC90/60Hz，100% Load CS 波形

7 I/ \: k2 A- I! F* v7 k

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

& o) d. d. h% @# e05、温升测试
0 y1 m7 w' w7 h% b* \
6 V$ w4 ?2 {+ V6 N2 s2 \3 P测试条件：带外壳在40℃环温下长时间带载3A 老化。
  Z+ B- j4 A5 T/ G
( j: M2 ~& ?. [  p( X

1 p7 u$ N, z5 }2 z' }06、EMI 评估测试
5 N6 I% K- p, ]& Y* ?- r  @: [
测试条件：
: J4 w9 Q# S$ M, }! B% d% [
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）
0 y( q1 C/ g- I. v6 F0 X% \

AC115V 传导L 相

AC115V 传导N 相

. G# R$ N% E9 J/ P. u3 P0 c

AC230V 传导L 相

/ ?( |5 J3 f0 k6 o" l! P

AC230V 传导N 相

2 c7 p, [4 s" R! P  v

AC115V 辐射

7 z* ]% s4 P4 m3 f3 x8 \: ]+ v

AC230V 辐射