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

; R1 k! _  m0 J! _: B
/ Q) [, a! Q! \9 e7 q: j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。

01、样机介绍

% I1 t! T  |1 Y' R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 u9 h" Z5 ^+ r& P2 u* j

CR6890H_20V3A 工程样机示意图

CR6890H 芯片
) l, ]7 T# _5 K" l
# k  N/ Z, F3 X2 v- f; ?8 ECR6890H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。

5 q+ K% @" I) |* O& U0 r特性

较低的启动电流 (大约3μA)
7 C. Q5 W  T; s7 W( v, ?
/ Q% ?* q3 A- N+ B  k; F# }内置软启动减少MOSFET应力

带有Peak_load 升频功能；

- L7 H$ U7 y) E3 E" zCCM+PFM控制模式
2 P& W& q& P: l' ^/ s, Y9 T$ }& w, t
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
7 k5 T7 J0 q  C3 I( R7 [
5 y# {6 n  i6 p内置65kHz开关频率
' D+ ~  L- R& C  b# k/ O/ ^; M
轻载降低工作频率

9 Z2 f* z( H3 M. b( a8 i" E. z& b3 Y9 ]15ms倍频模式
" q  x9 F0 @7 j9 |: ?8 a
4 t. H% {' ^! |" H5 V可编程外置过温保护并进入latch
7 k7 Z/ @7 s* V( ~% x- n
VDD过压保护和输出过压保护功能并进入latch

- L6 W- ~* W  s" l$ }1 B内置前沿消隐电路
6 }1 |6 P, u3 ?0 Q7 @' Q
% Z9 \) z7 H, y! \$ _, t内置输出二极管短路保护

# i  B: f; I: S/ L  y内置过温保护并进入latch

过载保护
8 g, }9 i" |- i; I! k9 H5 [8 B
SOT23-6L封装
0 h+ k7 T4 b/ @3 A8 m* 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
: e. a) S( D7 z- W9 C( H% Y
. W* D' d/ f7 \AC/DC适配器
; e' B& _% ^( o8 x# }
$ o* J' [/ a* y: [' R; r电机类适配器
1 S) S1 J9 t7 ]& K
  a8 `  j; `8 Z9 t. v" h充电器

+ v  l- @# V, E: B存储设备电源
& i5 E- y# x* j" h7 ~" Z, Z2 `
典型应用
& f  M! M9 S' r9 W. R& i- W
2 @% Y9 [& E  q; d1 Q% h

管脚排列

管脚描述

! S/ K7 W" v( n/ U% D8 |  z: e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。

9 W. i9 [+ A0 l) O3 r0 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。
6 b3 N0 f- l9 w# W: v, V" h
# c& W0 d; q2 P( c4 z7 }% i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。

. A9 y8 w4 [; I) s) ^; W+ m02、样机特性
8 D; g9 i' e* [' P3 |& x
0 E7 T4 h0 X! |4 A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。

1 |! s; R& J7 `6 ~$ D5 U9 m: v( b2.1、输入特性：

# m$ Z. j. ]5 {0 u  i! h2.2、输出特性(PCB END)：
# }) Z0 D  `7 N& c

2.3、整机参数：
: C5 ^8 r) c; N1 R: k

$ V! ^* [8 Z8 _  U' W. P3 l2 x2.4、保护功能测试：
/ l. g/ U# g) W2 Q$ l4 G

2.5、工作环境：

/ q* [7 v0 Q; y. F6 x! }2.6、测试仪器：

03、样机结构信息
/ N& M( ?+ X4 a* |& ~5 W: q
6 z' F2 N/ S6 ^6 U; g7 T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。
4 `( `$ N! ?* s% v  q
3 ]0 ?) ^+ v+ x& Z* W3.1、电路原理图及BOM：
" y$ n* d$ H2 H* S) o
3.1.1、原理图：
7 ^* h4 Z) {& E5 j! Z

3.1.2、元器件清单：

; S1 ]) H/ [$ i/ J' p2 u

3.1.3、PCB 布局&布线：

# Y/ v, ]5 {* h1 ]

PCB 顶层布局

3 W3 A4 X7 P9 I& x* {# D. R) l3 C4 W

PCB 底层布局

/ }! Y$ W! K/ D9 L3 R2 ~; m; _9 P

PCB 底层布线

3.2、变压器绕制工艺：
: ~7 s. v2 A0 P4 b/ J
3.2.1 电路示意图：

  i) F6 B  F" I" F% J( n3.2.2 、规格参数：

1）骨架：PQ2620 磁芯（5+5PIN）,Ae＝119mm²；
. D# }( z+ _  `5 u1 o2）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；
5 A) {7 x. E5 e+ s4）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；
1 G: t  F5 ^8 J! G+ Y" u6）初级绕组感量Lp：0.6mH±5%（测试条件：0.3V，10kHz）；
3 K& ^- u  N, L3 ]# K. h: R2 v3 t3 a* \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；
5 u" z& E( H, }) @- X) h5 e+ p9）成品要求:浸凡立水；
. `7 _' E$ j9 Y" r) L
3.2.3、变压器参数:
$ O( ^; O) O% P2 j. v

3.2.4、变压器结构图：
6 L# u/ S( N# o5 B

04、性能测评

4 l  e$ d( e7 ^- a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。

4.1、输入特性：
0 m# V' X$ t6 p$ N
" P' _) s3 U; v5 R8 c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。
, b5 j/ _# i8 p7 w8 k0 F4 L
表1 待机功耗
3 q8 o. g5 S* Y  x

0 A% H& O. t( ?% E1 S: L表2 输出接1.5M 18AWG Cable100%负载下的输入特性

8 u/ J, ^% G: \: ]6 p# e. x表3 效率测试（1.5M 18AWG Cable）

. M1 i0 T. \. s0 \% q. y表4 效率测试（PCB END）
9 C# A* s' B; X0 y$ K1 w

表5 能效等级评估（1.5M 18AWG Cable）

4.2、输出特性：

6 t+ B3 z' X' M1 r/ ?+ i% L2 S# i0 g3 {4.2.1、线性调整率和负载调整率: （ 1.5M 18AWG Cable ）
+ a1 s. Z1 v2 [8 Q8 k0 b) k! o

( e+ S9 n6 y1 B4 w+ n
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。
, S5 `- Y* |) }+ v: T

9 I/ ?% W8 f( \# v4 ?

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

6 `7 J* L3 H) [0 T! f+ L! D7 Z

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

2 ]2 S  W+ p; V

R&N @ AC264V/50Hz,No Load

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

7 s) c+ I/ J3 q: n" q  @9 t5 f4.3、保护功能：
* T4 e6 ^. G  a$ o/ I, b
以下涉及过流保护、短路保护的测试。
/ s- u2 A; l! q9 K) [
4.3.1、过流保护：
2 R7 x( E+ Q5 p: \. O

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。
# S% ^: n5 ]; h5 O# F' P- b
) E# ^) }5 ?% c+ C9 q3 @

4.3.3、Peak_load 功能测试：

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

* R( e7 ^3 Q; m, N/ A! M6 ~- N5 W( N7 R

AC115V Peak_load 功能升频151.52KHZ

: a% D6 x! R6 U: z/ F

AC230V 发波周期11.2mS，Vo 最低18.2V

6 b5 x6 M( i. o& t7 R1 i* i# l

AC230V Peak_load 功能升频151.52KHZ

4.4、动态测试：

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)

7 T! t7 J) Y: D( O( Q1 R* `3 ?; d- k2 G" q

AC90V_5ms

AC90V_10ms

AC264V_5ms

AC264V_10ms

4 d3 }5 d: Q/ ?! t4.5、系统延时时间测试：
1 H( r( F# @9 |/ J  _+ P

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

3 x* h7 L' c1 T* t$ y, J

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

  @( k/ ^$ X! ]5 w. o

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

0 g$ x  [# U/ X) |+ H2 ~% f4.6、其它重要波形测试：

+ x: w: T+ `' H: v" l" H0 E

AC90/60Hz，100% Load CS 波形

* U- t) V4 z! P9 V/ v  F

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

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。
, p9 c' w/ m% u, K& y' }( T

- ^; @4 ^5 Q- A4 T; W3 n06、EMI 评估测试

$ r8 k/ C  a2 Q: D- [, y测试条件：

3 e  Z/ ^* t% F- h+ V1 A3 X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）

AC115V 传导L 相

# P( K5 m! q5 C! q' A& o

AC115V 传导N 相

AC230V 传导L 相

AC230V 传导N 相

% b! S$ U4 ]  J" P5 p- u3 A! Y* P

AC115V 辐射

2 _3 @5 C5 M4 V, j- I# ?) b6 j5 n

AC230V 辐射