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

- F. {% D) x5 g, C+ h4 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。

( x; f" n: J" i/ l7 s01、样机介绍

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。
9 X* y' N! X# e2 \6 {5 T

CR6890H_20V3A 工程样机示意图

1 {2 D9 @) \* ~4 k4 SCR6890H 芯片

& E4 {+ V4 b! G  ~0 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。

- M% a7 X: ^1 C& m特性

较低的启动电流 (大约3μA)
4 D8 a* p  `+ W. `: @
$ l8 |- N0 G" `: b  y0 [& v2 E内置软启动减少MOSFET应力

带有Peak_load 升频功能；
  T3 B0 B5 r, T
2 K7 m; G2 H/ k5 `5 eCCM+PFM控制模式

& u' H0 \! k" y$ C  J; O内建同步斜坡补偿，消除次谐波震荡
1 {: J: i: w0 |  n9 P% h
内建频率抖动功能，降低EMI

+ y$ X2 R8 {# V+ ^" Z6 P内置65kHz开关频率
' _/ h; {9 ~: G  f
轻载降低工作频率
+ Z7 c! l9 M1 M9 L3 J
; X5 ~) [2 V( L7 `15ms倍频模式

, F$ y) R. y: l% t4 H9 X% B可编程外置过温保护并进入latch

$ D- W8 c8 {' X7 UVDD过压保护和输出过压保护功能并进入latch
# E& @$ A, y: C" k& B3 ]
3 f% u9 a( M; J) r内置前沿消隐电路

4 u  K  i" N# s) {, j: ?内置输出二极管短路保护
, @# X# p1 f3 f! H! Q& Z
0 f, i7 w6 p; G内置过温保护并进入latch
2 I. a. w3 e/ G, Z
过载保护
, o5 b/ Z7 ]  i4 U- P
SOT23-6L封装
' j* \/ c/ a1 h9 p
% \9 U/ F" k+ Q. q. ?$ d, |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

# K2 w2 E  ~! S+ u! G3 lAC/DC适配器

0 @+ @' y! ~" K$ p* V电机类适配器
- V& t% g3 K6 m! X& R
2 R4 M- ^3 |$ r$ T$ p充电器

7 K1 D5 ^7 g5 w存储设备电源

5 z, v" `! s4 H' K典型应用
8 P7 k$ f5 q8 A9 X2 a3 Z+ ^  n

* K( y% k$ F8 B4 ]管脚排列
1 c: e# g# o% Y

管脚描述
( X/ W* k$ X4 r' p

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。
  C6 ]# p9 _' M  E1 e3 r
* @) c/ l: ~3 |, `6 ]7 a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。

; j( j2 |0 S- c) [0 M# n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
3 h. O; ~+ m7 c( }, m' `' p
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：

0 \' ?% @) ?/ l9 `2.2、输出特性(PCB END)：
0 w1 F9 j8 B& g2 n7 T% C3 `" Q

# {; b7 U/ n) w3 |1 e# r2.3、整机参数：

9 d4 p% e0 Q3 z2.4、保护功能测试：

2.5、工作环境：

2.6、测试仪器：

03、样机结构信息

, v' ?& M8 s% ?# w" e9 C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。
6 u% B  m/ \/ P. v/ V/ b+ [
3.1、电路原理图及BOM：

3.1.1、原理图：

* d% {/ k- Y7 F8 c" H

( e8 Y  q% |. U3.1.2、元器件清单：

3.1.3、PCB 布局&布线：
5 x0 |+ C: t/ y& g
! @; j9 I4 K/ h# b; q5 [

PCB 顶层布局

  [) T$ P+ w1 t  u

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：
8 Y  M6 g/ O' |
1）骨架：PQ2620 磁芯（5+5PIN）,Ae＝119mm²；
: x8 ?) M2 p6 \  ^$ A' `2）材质：TDK PC40 或同等材质；
2 Q" A2 F- ~. N; f4 W3）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）)；
4 F& e' \* [, W8）耐压测试= 3.3KV 5mA 1Min；
9）成品要求:浸凡立水；
  V4 M) f1 H2 Z6 p" `+ [
2 @7 t" J9 y0 ~- L( |3.2.3、变压器参数:
' Z, X9 n4 `/ r, F3 E+ Y3 U

3 |+ U' U) f. a3 e. U3.2.4、变压器结构图：

04、性能测评

) p. J, @6 K" i8 [9 ^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。
/ ?7 r' u. V" L/ c; `
4.1、输入特性：
- W: \- r- N+ e3 j
8 V, y2 B6 A' n" P  m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。

表1 待机功耗
" g  A1 z- B+ q+ H: G9 c  S

表2 输出接1.5M 18AWG Cable100%负载下的输入特性

5 O* H7 D+ s! z0 q; g表3 效率测试（1.5M 18AWG Cable）
" c+ v) f9 d: B7 \. H  N

: [0 J" N' X2 H! N) X表4 效率测试（PCB END）

& U5 p7 @9 v7 r8 x+ s8 }表5 能效等级评估（1.5M 18AWG Cable）
/ b7 @$ `  r) r' k$ h4 K0 E. j

1 s. ^8 ?, Q# M, {0 Z4.2、输出特性：

4.2.1、线性调整率和负载调整率: （ 1.5M 18AWG Cable ）

' L5 q, m! W) Y- Y* B( C
4.2.2、输出电压纹波：

' E' `- y3 O* {% Z+ G0 E$ K6 T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。

# o2 Q8 A/ V/ c4 l* j

' `! m: o- D3 k) D" L3 _

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

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

6 o: v1 d/ O; j" ]

R&N @ AC264V/50Hz,No Load

2 ^& w& g+ S$ l) W

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

* e/ g! u/ B6 a5 Z, U; e4.3、保护功能：
! v! S) [1 l, Y2 y
+ H' l% C6 p0 ?  P! X6 t以下涉及过流保护、短路保护的测试。
; U; m3 O: U: h* i2 c) l5 ^5 t
4.3.1、过流保护：
; w/ g% |# A/ N8 ~2 s

6 p7 J/ u9 n$ J0 m4.3.2、短路保护：
% J4 y( o9 g. d7 ?/ d
9 X7 M3 ~; x. F1 D4 x功率计电流量程2.0A,开启平均值模式测量。

  B5 v- u: l) H) M! R" S4.3.3、Peak_load 功能测试：
2 B# t( `$ C  A# L+ ?* z: Q9 j
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。
; n7 u% X8 x5 W
0 E; o! |# _. F; ~

AC115V 发波周期12.6mS，Vo 最低15.6V

. S5 S! t/ g2 W! R+ {

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

+ n; O  y. c! }$ @# j& @, Y, e4.4、动态测试：
$ I  i: N3 E( x: u2 d  E0 h( T2 X
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)
6 t! Z; i% Q: v
( S2 |3 |  p- l( Y

AC90V_5ms

AC90V_10ms

AC264V_5ms

AC264V_10ms

4.5、系统延时时间测试：
' t5 m5 p6 U3 ^! L5 F0 g3 W9 t) j9 @
/ Z8 s% W' d0 B& m: B+ C( X

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

+ Z3 c4 ?3 V8 ?8 W5 y' f5 B$ F

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

1 Y5 S/ S' ^: j5 e& @$ u% a

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

4.6、其它重要波形测试：

+ W0 ]0 G) g# p

AC90/60Hz，100% Load CS 波形

7 e1 U# t+ H' K. a

AC230/50Hz，100% Load Gate 波形

AC264/50Hz，100% Load 输出肖特基波形

4 b; B5 I3 m: P6 m

AC264/50Hz，100% Load MOS-D 端波形

05、温升测试
# r$ |: \* k1 z9 O
9 i; C9 O; y- J5 X0 t测试条件：带外壳在40℃环温下长时间带载3A 老化。

* O  u, j# \! q$ P06、EMI 评估测试
# M0 q3 z+ g5 z8 u
9 h+ B3 F2 A& p9 ~% S# V( e5 j测试条件：

) w# `1 t3 x% T1 ~* M* D& Q. C# V7 }! I输入：AC115V/230V；水泥电阻阻值6.67Ω，带线1.5M 18AWG 测试；
8 M. ^+ R2 r* v. `4 t/ C限值标准参考：EN55013、EN55022B。（测试结果仅供参考）

! R6 }5 H8 x/ P9 O! w+ R) k

AC115V 传导L 相

" R& O; e( |/ i; x

AC115V 传导N 相

AC230V 传导L 相

AC230V 传导N 相

AC115V 辐射

AC230V 辐射