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

* j5 {, d1 Y8 d) Y, x
. Y3 g: {- j* {7 D, M% K7 ]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 e& m8 a! E5 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。

CR6890H_20V3A 工程样机示意图

CR6890H 芯片
) ?5 N' F- l" @: u+ a/ }; _
6 o7 I0 i% B! j' [) N9 o& bCR6890H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。

% H! D$ h0 b8 p( i" A特性
+ m3 W- d: k: s( x5 N4 ~% I' R' |
较低的启动电流 (大约3μA)
% Y+ s5 D6 X% o5 X7 a. x- I
  R3 i) w! n/ B内置软启动减少MOSFET应力

4 [1 b# Z0 M5 X9 x带有Peak_load 升频功能；

CCM+PFM控制模式

内建同步斜坡补偿，消除次谐波震荡
: Q- Y2 x6 c( \5 @
内建频率抖动功能，降低EMI
' ?& e% T5 M' F- @( t& Z
内置65kHz开关频率

轻载降低工作频率

& ~, M! I1 b8 I" p8 w2 |  q0 B- E15ms倍频模式

2 }+ V+ J' @; X6 L/ ]) G6 j可编程外置过温保护并进入latch

+ L$ M% c& c( F& t: \  zVDD过压保护和输出过压保护功能并进入latch

内置前沿消隐电路
) }8 x3 T6 P$ A3 f; |5 s0 ?
内置输出二极管短路保护
0 H+ n/ u' _1 P5 J( X0 i: y2 Z
内置过温保护并进入latch
+ A" E( a) M, Y$ o
过载保护

* O( b1 j0 V8 I# ESOT23-6L封装

/ Z5 z" V9 g9 E' B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

AC/DC适配器

电机类适配器
" }7 t: F" g5 l9 `8 B4 w* J& F
! s% z6 \2 ?6 e; e. P3 R  M5 d! k充电器

存储设备电源
+ e6 _  t& v3 Z: o, q
7 g2 J: w- R! b" |  w/ v典型应用
% ~/ V8 p& u0 }- p/ t' _

管脚排列
) ~% l, Y9 M- T9 P/ n0 K

管脚描述

* k  _, n  F  s. f1 ^8 T" L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。
1 _0 q' L5 m; {+ o
- C: \( n( ]3 k/ M1 j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。

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。
5 o+ Q  D1 ~/ D/ D
02、样机特性
/ ?5 `$ g' \' G" |2 N
* y% Q4 S( E/ w! ~+ ^- M$ \7 T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。
5 X4 Z# N& A* b9 h" u) n5 P' f
2.1、输入特性：

' T, t0 p8 ]( g- w# T
  ~$ Z6 n6 Z$ g2.2、输出特性(PCB END)：

2.3、整机参数：
0 f, _- r# B7 x! Q2 L- F

8 E- x# \; R/ @( U8 w2.4、保护功能测试：
. a" O8 b3 l: `' q3 G

* p" U7 G: _0 B" Y: o2.5、工作环境：
1 h9 r0 M/ h( ?( x

: B; F: }6 y0 N* S' Y) @
2.6、测试仪器：
4 X% c1 f* N1 _* n" w7 K. G

03、样机结构信息
4 i6 m$ T/ q3 Q" f4 e$ _3 ]
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：

, O1 N0 l  m$ F1 H* Q

3.1.2、元器件清单：

" K" m( _) e2 m" J& H, o

3.1.3、PCB 布局&布线：

PCB 顶层布局

/ _  n8 o* W- g0 g( D( U$ @3 [3 g' o+ k

PCB 底层布局

# P0 J1 j# Q  e$ D3 m( i" y5 T0 ]

PCB 底层布线

3.2、变压器绕制工艺：

( I7 w6 z! I4 ]  h% I# Y6 n3.2.1 电路示意图：
, @6 ^1 p- s& H1 _5 b( D" j0 |

9 K: v( {# y' C3.2.2 、规格参数：

) U; M/ {6 W0 _& }; B7 b+ E1）骨架：PQ2620 磁芯（5+5PIN）,Ae＝119mm²；
2）材质：TDK PC40 或同等材质；
/ W+ _0 _2 U+ O; \( f- s% T/ u9 q3）初级、反馈: 2UEW 漆包线；次级: 三层绝缘线；
0 s0 J! f3 w* |/ F3 t3 k4）N1 N6 N7 绕组从变压器针脚B 进线从顶部A 出线，磁芯接地；
0 _, j5 i% u) @# W: X2 C5）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）)；
' H' d5 d) _- [8）耐压测试= 3.3KV 5mA 1Min；
9）成品要求:浸凡立水；
% W3 q! H0 a* F3 r0 v
$ h& k  s" _; b% p" X3.2.3、变压器参数:

1 x: P6 p6 i  b

3.2.4、变压器结构图：
, @( c. M8 u: K# {5 h, D

04、性能测评

1 [5 k  s! t4 E3 r4 g/ F. c6 W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。
8 X7 C: [1 B$ M) `5 i  R
4.1、输入特性：
: h4 f$ a. Q! h$ h/ ^: u
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。

表1 待机功耗

  n# O; A# K4 v" V% ~6 P. b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）
  {6 Y, X0 @# c1 X- M9 j6 _

# G* W" o" k6 `9 d表4 效率测试（PCB END）
: Y7 r3 d7 M2 H0 j

& x  b( {# Q. M- @: t; j) I表5 能效等级评估（1.5M 18AWG Cable）
1 D1 }9 I5 \3 A/ r

4.2、输出特性：

4.2.1、线性调整率和负载调整率: （ 1.5M 18AWG Cable ）
& \' _% x+ |5 q  R/ P" ?9 s

& e3 z, z! C0 h+ o& l9 z8 x3 c
+ v+ r% q+ ^1 V+ E4.2.2、输出电压纹波：
7 Q+ @( i7 e6 U2 I& S
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。
! c& p# V/ z* r" j4 v+ i0 \1 R2 P

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

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

. ]& }- y% x* i1 U  V

R&N @ AC264V/50Hz,No Load

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

4.3、保护功能：
) X6 H5 m$ e3 d% X% ]1 B" }0 p$ a! B
+ }, S- h# p+ d$ S; a8 c+ f) P2 X以下涉及过流保护、短路保护的测试。
2 C+ a7 \( {9 }0 K/ V
& C! i7 x( N) g& B' A4.3.1、过流保护：
2 G$ K9 |; F3 q$ j; N& d- }& m; L

4.3.2、短路保护：
$ q( B. a* p% q- _
7 j: s1 }/ ~  c  s功率计电流量程2.0A,开启平均值模式测量。
' F0 Q- n# }: V1 P  W: U. B7 ]

! a. \, U3 ^! Y) G- U6 F% v4.3.3、Peak_load 功能测试：

# r. D) A) k) S% @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。
  H% G: d, y8 n* y7 F+ ]2 S. {! f
3 c" t) P$ ~5 G+ E1 A

AC115V 发波周期12.6mS，Vo 最低15.6V

& c& B# e+ c$ Y& ?8 q6 x

AC115V Peak_load 功能升频151.52KHZ

! k/ C$ B. `- M; D* B- }$ F/ }

AC230V 发波周期11.2mS，Vo 最低18.2V

& ^- |8 q1 A/ l. w( e  |

AC230V Peak_load 功能升频151.52KHZ

6 O" _- [5 ^6 M4 e% E0 Y4.4、动态测试：

' H0 c, s+ E2 A1 i' u0 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)

AC90V_5ms

AC90V_10ms

AC264V_5ms

AC264V_10ms

4.5、系统延时时间测试：

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

$ n& Z- K" D) H  c$ G$ \; G

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

7 f7 r* N# E. G, e! _+ n) H

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

1 e0 X# o2 A0 [) c( n/ g  |4.6、其它重要波形测试：

AC90/60Hz，100% Load CS 波形

) i/ Z( t/ r6 E/ a9 \( A( G

AC230/50Hz，100% Load Gate 波形

/ c6 n3 v) o0 h5 g  ^3 T

AC264/50Hz，100% Load 输出肖特基波形

5 G( X  X0 l9 B" T" O, X

AC264/50Hz，100% Load MOS-D 端波形

05、温升测试
6 Q  t5 R& t7 K7 j3 F' `
测试条件：带外壳在40℃环温下长时间带载3A 老化。

06、EMI 评估测试

- Z( M( Y0 K2 j8 p$ t* W/ l测试条件：

输入：AC115V/230V；水泥电阻阻值6.67Ω，带线1.5M 18AWG 测试；
0 o; N, h) \2 |- d限值标准参考：EN55013、EN55022B。（测试结果仅供参考）
& P- J$ D1 e* l2 E8 ?+ A
) r  r- z- E3 }- ?

AC115V 传导L 相

AC115V 传导N 相

AC230V 传导L 相

AC230V 传导N 相

AC115V 辐射

' C( l5 g8 s6 O! D4 w4 w

AC230V 辐射