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

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。

! p. X' \6 z  H* U01、样机介绍
: W, M% T1 x% m
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。
8 }' ]; `; r' t0 L! O; m
" i6 `( Y8 o3 y# a+ N

CR6890H_20V3A 工程样机示意图

( ]+ d; b2 e: K, LCR6890H 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。
# D5 g' K' R* M1 O. y
特性
: S. Z7 y# `" R7 N) L/ A5 e
. a" W$ `8 d# b% Y( J较低的启动电流 (大约3μA)

8 S: _# P2 g! O; |& s内置软启动减少MOSFET应力

带有Peak_load 升频功能；
" p0 @( s  m/ U% c% N/ `* M6 k
& H2 r- c0 @& Z( L* J' xCCM+PFM控制模式

% \: @1 ?3 G8 }/ x8 C内建同步斜坡补偿，消除次谐波震荡
& i5 r6 J, K" ]# x
2 Y1 ]* ?9 O5 e0 N内建频率抖动功能，降低EMI
8 `( Z% J! F/ E
内置65kHz开关频率
% u% A8 l, x/ u* b: ^
) m1 J- X5 {3 I/ |6 Y0 ?2 D轻载降低工作频率
9 ?/ L3 Q% c4 E$ l
3 K0 Q* S: P* ]% A# w" Y15ms倍频模式

可编程外置过温保护并进入latch

# a3 i# j- t9 G! l  H) `VDD过压保护和输出过压保护功能并进入latch
+ B. k8 L  s' i' x
, ?& K6 Z1 B  n内置前沿消隐电路
/ c  Z) w& K# q& W2 \; Z
内置输出二极管短路保护

内置过温保护并进入latch

9 l5 a4 j8 b: g3 x- Q3 w过载保护

" X8 W0 O8 o" YSOT23-6L封装
/ S" |2 F' u0 H# z2 G+ U5 M2 t8 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。

8 \: u. Q& C0 Y9 T! O基本应用

AC/DC适配器
! e6 X' v7 `/ E1 U: b
电机类适配器
( ?, `0 @, h3 N- ~/ x3 [5 A7 Z
充电器

3 l+ ^4 D% |! I  N4 T* J9 _" P, _( E存储设备电源
6 m3 N- i) I. d& f# `
& O; Z" W0 `3 e. t典型应用

5 B' |+ p1 Q' c& P7 e

$ Y0 s" t& y# @$ N5 V' }管脚排列

管脚描述

+ m+ i8 L1 d. e- ?% ~6 \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。

% m; }! \6 o- |$ f8 K  K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
  n' J0 P9 @( s8 O* V/ A: `  v
8 ]; R" o) c8 d/ a. M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。
; q  m& c: V8 X
2.1、输入特性：

2.2、输出特性(PCB END)：

2.3、整机参数：
# n! u3 P- v; L. r& Z

2.4、保护功能测试：
, a& V" J6 a, o7 ]3 L- [

& n3 Y7 C, q' U2.5、工作环境：

2.6、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。
' X+ ^- k0 ~* d0 v5 E) i; i
3.1、电路原理图及BOM：
5 [. A7 d9 t: D, C
3.1.1、原理图：
- p4 B2 \5 x9 P5 r' I* v1 J

6 R( M# M$ a( O. Z6 `3.1.2、元器件清单：

9 c% R: ^: s2 _% w/ ]3.1.3、PCB 布局&布线：

PCB 顶层布局

PCB 底层布局

4 Y0 E( ?4 I- x

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：
3 G8 {& Z8 Q0 }& k
8 Z$ A6 x* t1 U; j/ I, ?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；
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；
1 _; c+ |, M4 o, @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）；
8 r+ k% Z* O8 n' J$ B% S) r7）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）)；
( N3 F$ |3 ?: f9 ~8）耐压测试= 3.3KV 5mA 1Min；
9）成品要求:浸凡立水；

' v; V( T/ ]* s. Z4 c3.2.3、变压器参数:

/ U- O. a9 E2 f5 k

1 k. A9 W! J8 K3.2.4、变压器结构图：
- y& V5 {/ a3 r6 o

. s! G( g6 a  u04、性能测评
  M! N% R$ b" `; |2 D, h  f+ }
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。
' ^" A$ a+ n, I4 t, `
7 Y5 s* u' V; x7 Q( r* F4.1、输入特性：
7 l, p3 `! m. l& e& J9 S  u/ B/ }
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。
( c3 D5 }* m8 L7 S& g
表1 待机功耗

7 c0 o' a. N* u, ^8 Q/ N表2 输出接1.5M 18AWG Cable100%负载下的输入特性
1 k  ^; B! _2 o9 q

表3 效率测试（1.5M 18AWG Cable）
! i/ l1 w  V" y4 j

表4 效率测试（PCB END）
! `/ H. f; d9 d( d" L' t5 x- Z

2 A+ e. W: @* e6 F; ^4 ]表5 能效等级评估（1.5M 18AWG Cable）

5 H# |7 m: z4 V/ a! s( {4.2、输出特性：
3 i. f3 P: G4 r, b9 z
4.2.1、线性调整率和负载调整率: （ 1.5M 18AWG Cable ）

* b$ p, B% R! E9 U$ V7 k9 }
: W4 ?& r5 l. E1 N4.2.2、输出电压纹波：

) m* A# C! V0 F: C: Y( 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。
/ r$ a' \2 E$ N. I* n

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

5 V. E7 E; q2 \

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

. o# w/ f6 }+ @' i* W; |* B7 ^$ X

R&N @ AC264V/50Hz,No Load

+ \4 J6 _9 t! R0 {( ]  A& X

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

1 L$ y2 |) ~. T6 i; f+ L: H) h4.3、保护功能：
' J9 a8 z5 p1 Z+ X
以下涉及过流保护、短路保护的测试。
: m" O, f1 n: Q: V3 B
2 f" \  I0 \: m) i4.3.1、过流保护：
. L$ s. r- ]- u+ \3 w

' j2 F7 f, Z8 Y: @" m# v* P5 K4.3.2、短路保护：

# L2 l9 N6 O: y, E1 m+ H& A( e8 D, r功率计电流量程2.0A,开启平均值模式测量。
# H0 I( {* f$ V8 D
8 }! W6 n. J) k% n  k  b

4.3.3、Peak_load 功能测试：

$ r) M, d+ {  \0 ]0 g4 J( H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。
$ y3 K6 B* m+ b6 b" r! z

AC115V 发波周期12.6mS，Vo 最低15.6V

AC115V Peak_load 功能升频151.52KHZ

3 `. H/ |8 X9 I' L5 v+ ?/ D

AC230V 发波周期11.2mS，Vo 最低18.2V

AC230V Peak_load 功能升频151.52KHZ

5 U4 {$ L4 ~3 s6 B# ^4.4、动态测试：
! f, `4 P0 d2 y1 _6 G
- a/ e/ l" ^& M2 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)
8 E. c1 t& a* Q& R, }
  g5 Z- Q, d& [- A! ^* R3 G/ P$ t

AC90V_5ms

AC90V_10ms

AC264V_5ms

6 K$ S9 Y5 E. M, p

AC264V_10ms

4.5、系统延时时间测试：

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

2 V8 B5 z1 ?2 H* _' a# M( N

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

; M' l% g8 z# ]1 y/ S

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

4.6、其它重要波形测试：

1 M+ Z5 N% D) T1 Z2 V' A" }4 W

AC90/60Hz，100% Load CS 波形

AC230/50Hz，100% Load Gate 波形

5 {# [; a0 ]0 M0 E

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。

/ `: ^- H" D: l2 o

06、EMI 评估测试
! Z1 x/ L' k$ O8 r
测试条件：

9 |% P4 T+ Q& N' \输入：AC115V/230V；水泥电阻阻值6.67Ω，带线1.5M 18AWG 测试；
+ }& Z- Y& Q; B限值标准参考：EN55013、EN55022B。（测试结果仅供参考）

AC115V 传导L 相

AC115V 传导N 相

AC230V 传导L 相

, u# \" M1 d# ~: L

AC230V 传导N 相

4 }0 x2 {. N0 o. ^

AC115V 辐射

AC230V 辐射