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

% T4 X1 W+ P9 A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。
2 R5 p: Z, v- x1 R2 ^
% Y8 ~2 `% ]3 s0 L! q01、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。

$ [, z5 Y) Y3 _$ U4 |; |8 |

CR6890H_20V3A 工程样机示意图

" [& _5 Z. ^9 e! E% C/ K! o/ qCR6890H 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。
8 L% l) o, {: \# B" [' P
特性

较低的启动电流 (大约3μA)

. J5 ]$ P, {6 C4 c- |8 F内置软启动减少MOSFET应力

3 K6 e% I+ E! t. Q0 I+ B( d带有Peak_load 升频功能；

* U' a, j' |3 j- o0 p' b; E0 ECCM+PFM控制模式
3 [' o) T) m  Y9 ]% c
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
  N$ l4 j/ N: w! g
内置65kHz开关频率

1 y& ]! R* C8 n: g( \0 @0 L  W; h轻载降低工作频率
6 u& T0 n9 n8 f0 S2 v
/ T6 d8 W4 w  X3 K15ms倍频模式
0 A; ]# _; Z& l7 |2 z) U& \
可编程外置过温保护并进入latch
$ l8 q3 N* J7 z) c$ u
VDD过压保护和输出过压保护功能并进入latch
% X. ~/ U1 V4 N
! Q2 W$ w& M& z6 G8 A- A" x内置前沿消隐电路
( v) o0 z/ a* v. Y6 D. l
4 B8 z  @5 I7 o9 i& w+ R; H9 q内置输出二极管短路保护

内置过温保护并进入latch

& O: x! Z+ {9 z% O( Z过载保护

1 M3 J7 U1 w3 k4 E6 _SOT23-6L封装
/ K7 J( s' D# N  }) @
. J- v8 A( d: }* V$ x4 G& a# x% k! }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
) G7 c. \; l, l  N& b( r9 Z
7 G0 s; ]! ]4 D( ~AC/DC适配器

电机类适配器

. B3 V# S: L- ^6 u1 u充电器
1 a$ L% J9 y* Z8 v$ o1 ~
& M3 L& {5 Y& S" n+ l存储设备电源
- U. ]7 I/ `1 o( R' f
典型应用

: b' M, Q$ o2 U& @6 e管脚排列
& B( L9 G. F7 W' x' u# C
! D8 n% S% [4 X2 U) }! ?; Q

管脚描述
4 l% q& K" y3 b- H* b9 z

- {0 }2 E: n5 U$ K: R8 k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/ v5 }( C2 C) G
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。
: }: o( T6 d& s/ \: @
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。
2 l% |2 J2 _* h! U0 H6 a
+ W/ h% `, l0 f5 @2.1、输入特性：
" z1 L4 j& p8 L. b# m* n- O

. w( c- J; q& r- R6 G
, F* J9 n5 f. U; G! K' u$ n2.2、输出特性(PCB END)：
/ F1 s6 E8 J) Y0 t  d

5 d& i" L* L' ~9 I+ l* @
2.3、整机参数：

2.4、保护功能测试：

2.5、工作环境：
/ S& Z7 H& u# g, b7 v

2 N8 X" X) f& L, k/ E' j
9 Z6 d! B: t+ Z* P! x+ R2.6、测试仪器：
' U$ B- H" S: u0 A

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：
8 E" X! ?) I2 K# k
/ R/ X8 @: U" ?% j3.1.1、原理图：
, w6 t+ o" d0 `8 W. r* A7 v
7 B& M/ F) C0 }) s6 ?) M

3.1.2、元器件清单：

- M1 C+ f3 R: Y& g, ?

; \$ U+ A8 g" d+ x- T" G' a" @3.1.3、PCB 布局&布线：

5 i9 s, N! M& s0 ~- B3 F1 }+ i# l

PCB 顶层布局

) w5 s" J- l0 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：
0 N% M4 C) [1 H( T6 u

. P. A- p0 P' f0 X% _( v3.2.2 、规格参数：
! ^( F7 ~  j" M( Z9 Q4 g0 k" w- O
1）骨架：PQ2620 磁芯（5+5PIN）,Ae＝119mm²；
9 K  Z3 K  }9 k  K( c1 N1 h2）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；
, c! }! n7 H* ?" `  ~0 i& g, h; T4）N1 N6 N7 绕组从变压器针脚B 进线从顶部A 出线，磁芯接地；
2 s. x# J! d2 e1 W2 y5）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）；
4 g( Z* ]( l6 t7 A7）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）)；
& j. ^" B9 P2 h8）耐压测试= 3.3KV 5mA 1Min；
9）成品要求:浸凡立水；
5 }* r* d) O6 {8 d  Q2 J
3.2.3、变压器参数:

5 f- Q. T& m0 O" `3.2.4、变压器结构图：
2 X, C. P* j, M5 B

04、性能测评

1 y* t  S; a- x/ [5 [' p; 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。

4.1、输入特性：
5 ~) S  m! B/ A, m  }3 m/ 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。

/ [' I& P' @7 W$ N表1 待机功耗
; Y  I9 N& B6 k

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）

0 j' y' Z- r# H1 d' Y* h! R; w  _表4 效率测试（PCB END）
8 L3 k  E8 d9 X; S6 T; r8 Y' }: ^

表5 能效等级评估（1.5M 18AWG Cable）
% J" |+ {' n& G+ o

4.2、输出特性：
3 s4 ]9 t0 k: c5 o
. w/ p- T- d: I  {' Q4.2.1、线性调整率和负载调整率: （ 1.5M 18AWG Cable ）

' E5 E, F7 @# d4.2.2、输出电压纹波：
1 t% R0 v8 G7 e9 C: z: L1 K: F  J
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。

5 Q% Y; Q" }$ J6 ^

# p( w! [# G' y, k3 I7 |- E% C

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

+ C: b8 i( }# C5 s

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

" i* @/ m, L+ J

R&N @ AC264V/50Hz,No Load

" q# `; r, E4 h! B# p

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

1 \, Y; G9 f( J1 h4.3、保护功能：

以下涉及过流保护、短路保护的测试。

/ E9 o, o/ C5 `$ ^7 a6 a3 U; l' R) q$ J4.3.1、过流保护：

; [/ W- X% Z0 R: ?/ o% G' a$ w

4.3.2、短路保护：

, G. x3 H& j- }9 G. a0 I功率计电流量程2.0A,开启平均值模式测量。
% ]/ ^8 N2 x/ `+ w; H7 c8 c

) N' c  c. H2 V5 N4.3.3、Peak_load 功能测试：
4 t4 d; s* T- h5 ?* T4 Z
  \3 {& x  W8 }. \! D. 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。
, ~6 c3 }0 g& h: _. h& y" ]# h9 h
6 Y" D, o' ^! }: h( J, Q6 H

AC115V 发波周期12.6mS，Vo 最低15.6V

AC115V Peak_load 功能升频151.52KHZ

* _8 n! @& X, l' n) ^+ f) X

AC230V 发波周期11.2mS，Vo 最低18.2V

; o. n2 D- t0 a9 h& w- w: y

AC230V Peak_load 功能升频151.52KHZ

4.4、动态测试：
: z" H( E5 u! Z& g  W, o
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

AC264V_5ms

& m/ R4 P, K  l2 d# U. Z' W2 W+ L

AC264V_10ms

1 y& j: n( h" O2 y6 C4.5、系统延时时间测试：
7 Q$ ~: _+ c: s8 W( A

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

" M& i0 c0 q4 S  u% N  ]* J

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

) |# L( Q  G# D  y3 i& P4 L! i

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

- e9 E. H0 p  m7 \& e

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

9 M# @6 V# U( z0 p5 f- `4.6、其它重要波形测试：
, s2 U: O! v1 H- K5 ?/ f0 Z% b

AC90/60Hz，100% Load CS 波形

9 l3 o) G( \& V" K

AC230/50Hz，100% Load Gate 波形

AC264/50Hz，100% Load 输出肖特基波形

2 H. U7 O6 B8 B% o% K+ m" |0 E0 `

AC264/50Hz，100% Load MOS-D 端波形

% b1 h) D; S9 W/ R5 o8 ^& @7 `6 ?+ A05、温升测试
% g6 U7 t' x2 Z3 V$ Y6 E
测试条件：带外壳在40℃环温下长时间带载3A 老化。

, R  u( Z; E7 J- o/ y( }

7 q' M5 Z3 d9 @% K& T0 X* Y% y9 F06、EMI 评估测试
- @# g/ w" D9 `, R1 X) b) U7 v
9 q  x2 @5 ~9 Y  r) n2 x测试条件：

8 O7 q, y- B1 R. E输入：AC115V/230V；水泥电阻阻值6.67Ω，带线1.5M 18AWG 测试；
' H) q# b* J. @/ o# [7 m! W限值标准参考：EN55013、EN55022B。（测试结果仅供参考）

2 X! _2 N. l4 |. \

AC115V 传导L 相

7 g0 h2 x+ ?- L

AC115V 传导N 相

  c* r* Z4 U& ~" T! k; D, ?, `

AC230V 传导L 相

/ f. ?; ~$ [' g* \, [( d' g

AC230V 传导N 相

7 R. p& E+ Y9 A

AC115V 辐射

AC230V 辐射