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

7 x" I5 G) V- t# z" d5 q
& A( ]! H, G9 N. T) V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

* r# I7 l: ?7 J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。

- ]5 D7 T" Q1 |' P

CR6890H_20V3A 工程样机示意图

; r/ j7 y! X6 D1 uCR6890H 芯片
6 ?( e  o) ~4 P
3 ?- x8 B6 k5 h0 [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。
& g/ U# y5 V# j$ ?% S% H
特性
3 e# K, h+ j" v: p2 A# U+ N
较低的启动电流 (大约3μA)
; P/ O2 k" J( K8 {! j. n
内置软启动减少MOSFET应力
; k. L' @/ W) Q6 ~
: [2 c1 T. _. k; a* L: [带有Peak_load 升频功能；
5 g; k, l8 z  t
& b4 i) \0 ^& C/ s  Y: t! Z+ HCCM+PFM控制模式
2 t$ C& p$ N# N0 W' G4 ~
2 F: O) k0 T3 I! u5 d  s! `内建同步斜坡补偿，消除次谐波震荡

  M& X' S' R  _5 Q: a$ _内建频率抖动功能，降低EMI
! H' m$ o( I3 y# i
3 [- d" l6 ]: V" \内置65kHz开关频率
2 ?3 k/ ~" ?$ v# t' A. G3 o
轻载降低工作频率
( s3 G7 O$ p0 Z7 q* h% I
15ms倍频模式
! J) b0 V& }9 k2 ^1 L
可编程外置过温保护并进入latch
4 e* X3 P/ \) |# d
" o& u. N* U$ Y/ \VDD过压保护和输出过压保护功能并进入latch
9 `' O6 L" i( e
5 k4 P, K/ h5 g8 _! R4 N内置前沿消隐电路
4 H2 V# r$ \6 Z6 x5 n! k) s: Q
内置输出二极管短路保护

内置过温保护并进入latch

过载保护
! n- d7 q/ i+ {* e, G
' W: J& T( U+ K* }/ ?( ^! ?/ ASOT23-6L封装
$ I8 l, G: G3 i7 h
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

% l/ c1 S7 j0 fAC/DC适配器
4 F) ?5 y5 H7 ~1 ~' J5 ?8 T
  X0 W; ]$ H: r2 j电机类适配器
! D+ \! e: c, C3 `9 T( z  j
9 I. ^( D5 f4 `充电器

* l7 L+ o& ]' Z! W9 L2 ?存储设备电源

8 k. _1 m7 s( j/ R* O& r4 l典型应用

( B, b9 y+ y2 J% Q管脚排列
  E- y( l, \6 _

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。
/ ~6 X8 X( m" w& y& f
& L% i9 n. v# {* Z# U2 H* T9 H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 K* W  b: c0 ^( b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。
- ^. r9 g$ w: 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。
$ [& S, l( X% E& t- T) Q
' o; b$ h' W4 C7 B% v8 b2.1、输入特性：

- X- D3 z( w" P9 U" i( E
2.2、输出特性(PCB END)：
, f" j% D: R2 b. T, u2 h: C

6 Y# ?- F& M& o; [# K) @
  X5 j8 [  h/ Z! g2.3、整机参数：

2.4、保护功能测试：

2.5、工作环境：
. k2 g: X4 G4 o

( G. N( d) c5 G2.6、测试仪器：

03、样机结构信息
+ a" h- O" l5 U( F6 e
( ^0 [3 h7 O3 y. S; R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。
1 J, |4 C4 o0 v  X2 W
3.1、电路原理图及BOM：

3.1.1、原理图：
8 A* r/ {# {' r" N" h- T2 w1 w& z4 a

3.1.2、元器件清单：
' A! P, u1 U' o7 L- Z
! P3 `1 E, w. W# H/ w+ Z1 L

) v5 S5 H; O& Z/ `0 Q3.1.3、PCB 布局&布线：

6 ^! t/ p- i! T+ z9 Z4 J7 f

PCB 顶层布局

6 J+ @' S) K. T# o

PCB 底层布局

PCB 底层布线

3.2、变压器绕制工艺：

% V6 T. E& L2 V: D& i; q3.2.1 电路示意图：
$ J0 U8 {( Z% R3 K. D8 U! C

$ J9 N9 n& G' v7 Y2 S3.2.2 、规格参数：

5 h% n/ C4 I- H( H- X% W! D: D! w1）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；
3 ]) [1 y7 N! }( T8 r6 |9 x' G4）N1 N6 N7 绕组从变压器针脚B 进线从顶部A 出线，磁芯接地；
% F) ^0 y& F# `9 ]9 x1 L% X6 C* Z5）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）)；
8）耐压测试= 3.3KV 5mA 1Min；
" x) q8 m$ F$ t( h2 R9）成品要求:浸凡立水；

3.2.3、变压器参数:
( i( `$ e. X0 w! m- U
! r/ s$ [9 J0 W( A$ C) l

% j4 W; C$ x4 i8 J: i! T% q9 u3.2.4、变压器结构图：
' Z" ?1 [3 n) z5 v

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。
- Z* ^: x9 K# N
0 W* l: X+ ^  Q4.1、输入特性：

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。

6 C, C- S* O) D; Z- E表1 待机功耗

4 B: I' X' S' d6 ]$ a# r1 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）

5 e9 \& O( z' V4 g$ T( {1 x表4 效率测试（PCB END）
# y3 l4 n4 @; m  A1 ?( z1 h

5 K8 j6 i5 W4 f" \表5 能效等级评估（1.5M 18AWG Cable）

% z- v( `( x9 Z  T' [3 n( k, t' ~4.2、输出特性：

6 g4 l7 W, U: T& u0 m$ ^  v4.2.1、线性调整率和负载调整率: （ 1.5M 18AWG Cable ）
' P' i8 @! |& Q; f* O$ J7 w; C- p

; G$ ]( k) Z! T- C. t+ a2 V
% H7 Y# V. [8 P8 {* Q9 s4.2.2、输出电压纹波：
4 }. ?- K. V' j4 z' ^8 q
7 f- ?& U- c+ P: v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&N @ AC90V/60Hz,No Load

8 e+ E% P+ I4 c, Y7 `

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

5 _" l' W1 @0 `: n* T# D3 C

R&N @ AC264V/50Hz,No Load

9 C- ?  Z5 T% X+ b' r4 v% E1 D

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

. T5 G. \) W  u) f8 |; k  e4.3、保护功能：
1 i7 Y! B; P6 _+ `) ^% |
以下涉及过流保护、短路保护的测试。
6 s8 I3 o' r' j1 D$ Y6 W2 X) j9 H
4.3.1、过流保护：

' F3 {$ L. r5 n% L* v7 M+ ]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。
  F4 j3 C( h  k  o4 A/ }  g
; w6 Y$ @  A7 n$ M$ p* D

. q- P( s. p( f5 B. ^2 b! Z4.3.3、Peak_load 功能测试：
4 `( N# r  D$ W# K
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。
1 j! P; j& i$ D4 n' J5 Z* B
' b4 J% N; j4 z8 a. U3 w

AC115V 发波周期12.6mS，Vo 最低15.6V

- E( \+ u) Q  z4 A/ t) q

AC115V Peak_load 功能升频151.52KHZ

AC230V 发波周期11.2mS，Vo 最低18.2V

/ I9 F1 X) `& t; K# L: ^

AC230V Peak_load 功能升频151.52KHZ

- N3 l$ S! q3 f+ X3 X3 _- V$ V+ D4.4、动态测试：
1 g5 L( Q7 V( U+ ?* i
) n4 \/ z1 S* Y0 \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 y4 Q0 ~! X* k* ~

AC90V_5ms

AC90V_10ms

, t7 n6 v% l3 M- z; S

AC264V_5ms

AC264V_10ms

+ W; R6 E. n: |+ j8 B& c! o4.5、系统延时时间测试：
3 S( D' w" l" }& x* `
: c8 t) p* U: v

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

1 a0 Q1 U6 r4 _9 S/ D

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

& s$ q! w  p# g  }& G

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

4 |4 p+ u2 G6 K3 \. g4.6、其它重要波形测试：
1 b& _) ?7 n2 y9 B2 O7 |

AC90/60Hz，100% Load CS 波形

, w. N4 C( ^3 _

AC230/50Hz，100% Load Gate 波形

AC264/50Hz，100% Load 输出肖特基波形

8 a8 [2 q  O3 M3 o# }

AC264/50Hz，100% Load MOS-D 端波形

0 B' A+ F1 ^" L- m2 s% g( m05、温升测试
4 r- v$ A5 q% G
& v( g0 g+ Q3 w0 S$ F6 q测试条件：带外壳在40℃环温下长时间带载3A 老化。

8 D- t0 q' H" ^8 f! T

06、EMI 评估测试
5 u. i- `% W1 m( p2 N* F
# z  K- \) \- ?* }" {/ p测试条件：
2 y6 `  ~) Q" V/ N! y1 r* d
% v3 Z. H! {& U$ n7 |输入：AC115V/230V；水泥电阻阻值6.67Ω，带线1.5M 18AWG 测试；
2 ?5 q1 g1 x9 S" A# N- V限值标准参考：EN55013、EN55022B。（测试结果仅供参考）

2 ?" g. h# _) Q- T  k0 R7 Z6 A! u

AC115V 传导L 相

. l4 T7 k# o4 r5 X9 I

AC115V 传导N 相

AC230V 传导L 相

: X) P; E: W  f+ H: Y, V. `2 |

AC230V 传导N 相

AC115V 辐射

AC230V 辐射