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

, H9 t- B9 G9 a+ G1 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。
  x  T6 e9 C7 W/ s4 i
1 G4 y9 @) p+ I- Q6 r# j01、样机介绍
, A0 U" `6 T3 f, b3 b4 N
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

0 K9 f+ C. G/ l  J3 v/ t4 oCR6890H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。
, k! t0 O) u  N& H8 r' P5 K9 I
特性

( u8 x* J- v! p* M, r) [" r% H5 D7 J较低的启动电流 (大约3μA)
. L+ D* W2 L. j8 `* w. P$ ]
内置软启动减少MOSFET应力
# Z- ~. a2 u) C+ v2 ~8 u
带有Peak_load 升频功能；

CCM+PFM控制模式
; G7 r* ]) L6 p+ H! V9 y) }
7 v8 o2 j1 D' O/ d: ], n, |8 c内建同步斜坡补偿，消除次谐波震荡
4 s: |" P0 j" i
! j( m9 A  @& F3 f( z. V0 q4 q内建频率抖动功能，降低EMI
/ B/ D5 v" ^- O9 b* G' S( h
内置65kHz开关频率
4 T. E) h/ {+ T6 i: G  |
- V0 U! `% _% n& ~轻载降低工作频率

; M. Y: @& r1 \5 k9 y- J5 C0 W15ms倍频模式
  Z' }' p1 `: [+ R8 i9 M
可编程外置过温保护并进入latch
# i% e& A6 L7 ]) i. g* P- @
VDD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

内置输出二极管短路保护
5 O" L( e  t0 O) h' j
+ `1 s5 n% d8 i- d; W内置过温保护并进入latch
& ?& P/ N7 Q4 G0 O
过载保护
3 t" X2 j. O  c8 }6 u( F$ r4 c  t
SOT23-6L封装
( c1 \4 ]2 N" j; |/ `" R
( P1 g: m! S8 a* w5 p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。

# D* A5 z% F6 r/ P$ ~基本应用

4 f9 E2 s) f: H0 x" sAC/DC适配器
1 s! h! C5 y) I
6 P6 K$ V$ g' d8 `! _电机类适配器

! m" C  y$ u+ }6 b充电器
0 ]/ @9 R( k; ^3 P, e
存储设备电源
9 P5 V: B. [0 I& Y
典型应用

& v- ]* r4 \0 J

管脚排列
# Q' B' P  T2 ?- P

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。
8 n4 U% b4 r) I6 O7 e/ l) g! ~* \4 U6 ~
2 n/ r' A! O5 S3 t3 E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。
, Y7 \- T6 w0 e/ q7 S9 d8 N  w  x& W- d/ ?
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。
. m4 ^( }& o' A# Q
2.1、输入特性：

2.2、输出特性(PCB END)：
& i/ y" K9 n1 a" a% c

2.3、整机参数：

5 J  s: F7 w0 m+ }2.4、保护功能测试：
; K$ B3 g9 a5 X, m# }" X8 P. s2 c

$ v$ P* G+ _" I- c) i. r2.5、工作环境：

2.6、测试仪器：
* {4 U( E1 z5 N! h8 e. h

03、样机结构信息
: d/ ^1 h' r/ D; z0 U( V1 {6 n" B
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：
6 t3 A4 S. N0 F. g. g
: J- I* ?3 {6 E5 G6 c, Y

3.1.2、元器件清单：

) U3 f8 Z% G$ _" n/ ~7 g6 s- F

3.1.3、PCB 布局&布线：

PCB 顶层布局

3 \3 y* I; Y7 v1 P) z2 o2 ?8 c. X

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：

5 `6 h+ B. q( k% R/ g5 W" J3.2.2 、规格参数：

# a6 D( K8 p( [! j' r# T! T9 x8 s1）骨架：PQ2620 磁芯（5+5PIN）,Ae＝119mm²；
' ^4 B& v4 R  i: C: h2）材质：TDK PC40 或同等材质；
1 I7 x0 V" `- H; O3）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；
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）；
! S: }7 X# T' R( y7）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）)；
4 e4 d5 N( d1 H, n$ b1 |$ f8）耐压测试= 3.3KV 5mA 1Min；
) v7 R  |' Y4 y3 y9）成品要求:浸凡立水；
6 Z0 t# g# @- C$ f: D: Y
3.2.3、变压器参数:
+ r3 v+ F9 P" ~+ J$ t8 r* w
/ y5 Q* d( E3 p

2 r: d% S* ?1 y  o2 W; h3.2.4、变压器结构图：
) k% W# a9 A( i' U2 G/ Y$ y

04、性能测评
: y, P: c) a2 J$ L( M& @. e7 Z
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。
7 S6 [$ {0 p, z0 j: }, s2 I0 C
# Y+ k) X! X2 S8 z, l) S4.1、输入特性：
4 N# p" U3 ?' g/ d! q, D, g- `
: V2 p1 P$ [2 Q% Z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
$ \' M' Z, Q& S. [8 Y. b9 X

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 x4 N% r* M; s, B4 @% z

/ i/ b, }7 m- z1 g表4 效率测试（PCB END）
& V# N4 F; e" I& C7 R

( z. L; E$ C. }/ y& O! [9 ~' w表5 能效等级评估（1.5M 18AWG Cable）
9 |7 F  S- K! d* ~: m; I: f

% s4 p% I( H2 c9 J7 H- e4.2、输出特性：
4 m6 b, A9 G  P/ T  B4 ~; {
+ H2 b- S; x" ^, @2 R" |4.2.1、线性调整率和负载调整率: （ 1.5M 18AWG Cable ）
' m  D% ?- B6 G' U, G9 N) q' x

8 w; \( ~! `9 m* @/ V
4.2.2、输出电压纹波：

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。

: }$ t1 @6 c4 L7 I4 g5 |* o

; x- E8 Z, e$ Z' |; b

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

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

R&N @ AC264V/50Hz,No Load

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

4.3、保护功能：
' T. W# L+ R% n2 U
以下涉及过流保护、短路保护的测试。
# f7 d; J2 V% g) i% v1 [
6 O0 s3 @. n7 O' b! T* y4.3.1、过流保护：
7 M4 Z( G4 O$ R( Y+ c# S% k
# Z2 i0 g; P% O4 m( G

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。
7 P1 d& I/ f$ ~. ?( S
% P$ [0 j4 j) l' F  \" R6 ?1 Z- ]

; O, a- B/ H1 i: c) z9 F4.3.3、Peak_load 功能测试：
. X+ ~9 V. |' G  E/ s1 O
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。
. x" l+ X  S7 Q' L1 D  q

AC115V 发波周期12.6mS，Vo 最低15.6V

! C  c) C8 \+ M5 S% ^

AC115V Peak_load 功能升频151.52KHZ

$ p" x2 N' g* l% D& v

AC230V 发波周期11.2mS，Vo 最低18.2V

  Q: P$ L/ B$ D# G8 A+ |

AC230V Peak_load 功能升频151.52KHZ

4.4、动态测试：
$ R  T9 G! H" k
; X; m. G5 _: v2 b: @. Q% k! _; o( d3 ]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 Z, m+ A4 |+ p0 r1 z
  u  w( V% B4 J, S' A+ e

AC90V_5ms

AC90V_10ms

# |: d' y6 D/ P! K6 \

AC264V_5ms

6 x- k5 O7 x* i1 m# n& w! R

AC264V_10ms

2 i; [9 C. N0 c. ]  A4.5、系统延时时间测试：

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

$ @! Q# Q' y, R

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

0 |" r/ F9 P8 t' F1 U: K

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

1 p; s; x# v1 m0 V. M0 f

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

% S9 L$ D- x7 @/ x1 H6 g4 z4.6、其它重要波形测试：
/ H; K) y9 Z5 P3 I% Z; c6 a+ s

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

: u4 M- l) j" V) B  f

AC264/50Hz，100% Load MOS-D 端波形

8 V' d! G1 w' y- a05、温升测试

- f* ]/ k6 T- M2 E1 n测试条件：带外壳在40℃环温下长时间带载3A 老化。
" |' e4 n- k7 s% q8 {* c" X
. n5 @& o/ l* j7 `' C. D4 q; _! E" B

06、EMI 评估测试
, Q' P+ x$ Q6 @8 ]. h, k" C7 C( b
0 t% D8 {" a% \% g; U测试条件：

5 s5 z6 R2 D6 ~: ?$ z) ?输入：AC115V/230V；水泥电阻阻值6.67Ω，带线1.5M 18AWG 测试；
. s7 @4 c4 q9 d. b限值标准参考：EN55013、EN55022B。（测试结果仅供参考）
2 C/ C4 x! T: Y: s  |0 [- ?( i

AC115V 传导L 相

: J2 ^! P. W& z- \

AC115V 传导N 相

AC230V 传导L 相

. T3 ], {& Z) j

AC230V 传导N 相

AC115V 辐射

AC230V 辐射