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

* _: E2 U' Z2 W! p" t& w6 V5 X: L0 U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
6 W2 G  o7 P' _4 t& o1 M( w% q/ v
1 D  D5 e  w7 B" D5 j7 v6 ?. Z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。

CR6890H_20V3A 工程样机示意图

7 B1 J4 B/ \! {  E+ e0 d& @& Y0 ?CR6890H 芯片

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。
9 b8 C8 q% g' I/ i. S( c; I
特性

5 t( H* b" S6 V, M; Y. y较低的启动电流 (大约3μA)

3 g' z, `# L- T3 j  X! S内置软启动减少MOSFET应力

带有Peak_load 升频功能；

CCM+PFM控制模式

7 S+ M6 a1 P& T: P# W! |内建同步斜坡补偿，消除次谐波震荡

7 \9 \& e( L3 {/ }' z内建频率抖动功能，降低EMI

内置65kHz开关频率

4 i1 L! g3 @4 F' c4 z轻载降低工作频率
+ }5 Z/ l0 i0 ^/ @4 J, B/ @# \6 b
15ms倍频模式
- }3 ]( n' Q" _; e; I9 H; H6 E, S. o
2 L& A4 z% U; f$ n+ g, T, Q. W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

0 `. x, x4 i0 k' u6 x( ?内置前沿消隐电路

内置输出二极管短路保护

内置过温保护并进入latch

8 V9 U: B: [. P! x" X+ v过载保护
" K8 z( I! V# u; e
SOT23-6L封装

' ~/ t8 d4 n+ {$ G& ~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。

; A( L2 i6 q4 o% j4 `% h' Y基本应用
1 ~/ ]! R$ p# S: E/ z* R6 [% Y
( Y& a. I4 d) q: ~+ P0 H; OAC/DC适配器

电机类适配器

充电器
* k( W0 G0 @" T
5 A' a) o# U* o" i3 V存储设备电源
! M0 W  N, {* `7 g+ k) R
% L- E+ X  B' D. e' Y典型应用

, ?& p6 {) {8 U- `' [管脚排列
! I1 ~  u: R( X- [* Y2 {4 R
1 k5 e7 y& x0 ?" p! z+ ^3 _- k

管脚描述

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。
) F8 `. {( |$ M6 f+ X) A4 i" a
: Y+ `2 f8 L/ D, N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。
/ P+ U. q1 C, g4 o
2 {$ f( _: Q( u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。
1 `1 j# q% e% o  |9 N7 O) z
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。
! i* t0 o; O: f4 G" T
& z) h" Q- G$ N, X5 _& }2 J: Z2.1、输入特性：

. |2 M+ ^5 C3 k, d8 p1 ?
2.2、输出特性(PCB END)：

. C0 E8 B1 y& B2.3、整机参数：

2.4、保护功能测试：
$ o" _# S) q9 B8 X( d* x1 k

% Q) m5 `5 p( }6 `6 @- \  v9 b2.5、工作环境：

4 Z. B) x# |3 s2.6、测试仪器：

03、样机结构信息

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：

3.1.1、原理图：
- ^" `9 e# |: }  ]; A3 O
* K+ k2 U0 s0 ?5 f# k- {

/ Q2 I' e3 Z* u  H3.1.2、元器件清单：

2 a, I: d0 }# |3.1.3、PCB 布局&布线：
  w( @% g- K* ~% [4 ^% I: I% ~
. O" L0 N5 R& T1 G/ p

PCB 顶层布局

PCB 底层布局

PCB 底层布线

3.2、变压器绕制工艺：
' `5 C; ?/ L9 \) S0 |
3.2.1 电路示意图：
! y2 K% G3 ~1 g  q

  j- v1 _1 X, t' S6 x/ ]3.2.2 、规格参数：
3 c# Y3 y; j: S. h
1）骨架：PQ2620 磁芯（5+5PIN）,Ae＝119mm²；
2）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；
/ z" a. ?# V/ w& C; F" N5 ^5 O4）N1 N6 N7 绕组从变压器针脚B 进线从顶部A 出线，磁芯接地；
% E( B' S4 i0 a& E5）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）；
6 t3 ?+ E  Q4 L; c7）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）)；
% l3 w( t0 z) c8）耐压测试= 3.3KV 5mA 1Min；
9）成品要求:浸凡立水；

; {1 Q3 t# i2 o$ n! F3.2.3、变压器参数:
- l: A8 ]0 p' ?7 V" h/ e

+ W( \) j9 }; o' j( o3 z9 m4 T1 Y3.2.4、变压器结构图：
/ Y% I3 w- j- r1 C% P

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。

! a0 [' u: U+ L! e4.1、输入特性：
  R3 j% L- k+ o$ X
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 E! _/ `# E& a! ?# k" d表1 待机功耗
2 k0 E; [; t2 ^7 ^& f

表2 输出接1.5M 18AWG Cable100%负载下的输入特性

表3 效率测试（1.5M 18AWG Cable）
* o% q! `* @% Q" X/ o5 v1 t

# C$ T* ~" D8 y+ w- W0 j' d表4 效率测试（PCB END）

表5 能效等级评估（1.5M 18AWG Cable）

4.2、输出特性：
7 x6 |/ w6 S% T4 w4 b* s
4.2.1、线性调整率和负载调整率: （ 1.5M 18AWG Cable ）
" I  E0 e9 V5 b+ d3 P$ [- b

4 ~' r! W5 [9 H, A9 N
" E' A) [& L$ r; E8 ]4.2.2、输出电压纹波：
) r  m$ v9 Y: M4 ~( ?
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。
* w5 I. F3 ~2 u% h6 x

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

  |6 o8 |/ F5 g: W9 ^

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

R&N @ AC264V/50Hz,No Load

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

4.3、保护功能：
0 F; y1 C4 c4 T, ]2 N5 w) b# E9 Z2 H
3 \0 m: q) j  G3 ^- T以下涉及过流保护、短路保护的测试。
) }& X9 P* D! o7 M4 K  l
" P# V6 T' u+ B, |& y0 C% K8 D4.3.1、过流保护：

) }/ M% z' w" b* f2 I' |

2 M; E: G  M' u) P9 B6 p4.3.2、短路保护：

; m2 x: [* y8 ?功率计电流量程2.0A,开启平均值模式测量。

3 R! w& ], l1 D$ _. f. o

4.3.3、Peak_load 功能测试：
0 _, ~1 v! v+ e$ A8 d
% _+ d( V  h$ Z* ?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。
9 W' j7 g$ s: {$ B1 G8 k2 N

AC115V 发波周期12.6mS，Vo 最低15.6V

- j- Q. q9 g: q7 J) m7 `

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：

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)

1 i' h: ]$ R, j3 I# r  d

AC90V_5ms

AC90V_10ms

AC264V_5ms

AC264V_10ms

4.5、系统延时时间测试：

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

8 Z* b- q) j1 T( C! m# \; n8 O

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

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

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

; m- E- h1 b' Z$ d9 I) K0 q' t, f05、温升测试
- D1 v( ~' t( o) k' c
测试条件：带外壳在40℃环温下长时间带载3A 老化。

# B( C. i) ~3 p! ~: n( v

06、EMI 评估测试
  [& O9 R6 U1 l4 l+ d0 t. L7 t2 x  Q
测试条件：

; O' M7 k! i- o- {" W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）
7 M; o. w( @4 {, C9 }
7 j' Y$ l8 B6 c. l6 B

AC115V 传导L 相

AC115V 传导N 相

AC230V 传导L 相

AC230V 传导N 相

, m! D: N; A: h

AC115V 辐射

/ C. P& o+ ?& C9 y& \0 |

AC230V 辐射