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

! B9 _9 W/ c6 l. y8 \% ]
' d: h. y6 W5 @/ {7 B  C8 c  \3 w4 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。
: {4 m: C, y3 x+ F
01、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。

8 o3 T# U+ ?. ~$ u

CR6890H_20V3A 工程样机示意图

CR6890H 芯片
! u1 ]( d2 s# j" Q
; o' s/ P$ o- W" K; V9 l9 ^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。
! y/ C. m. {) F; R! Y  r( l
/ @' j5 Y5 U" v特性
& S% [! S4 R' X, I! x( F" H
较低的启动电流 (大约3μA)
( j; a" C+ \3 i; ?! I+ z
内置软启动减少MOSFET应力

带有Peak_load 升频功能；
5 o, y4 F/ a5 E" X9 h3 B
: G1 R# a% \, E" \" w" |CCM+PFM控制模式
. r) g2 A, D# i9 Z
内建同步斜坡补偿，消除次谐波震荡
' m/ c# b& ], A2 I1 c
内建频率抖动功能，降低EMI
' U. G8 N. M; O1 ]9 x7 N
内置65kHz开关频率
6 O5 e6 C( ]/ |( t! a6 u- e
8 x6 {' n0 s9 T  U( I. g" O3 F轻载降低工作频率

9 f# z2 A5 E, ^  w15ms倍频模式

9 ?* Q5 Y1 Q4 A. ?7 J, T可编程外置过温保护并进入latch
! t: z% Y  \" l3 D1 G$ G
( @9 t# ]7 ?) \6 {+ EVDD过压保护和输出过压保护功能并进入latch

! N( [8 n1 w- S/ u1 d( \内置前沿消隐电路

/ f% V" n; e" ?内置输出二极管短路保护

+ G4 l- z  U1 h1 l+ V9 F/ k) Z: A内置过温保护并进入latch

1 Q! f+ j9 M& |) D3 a过载保护

0 f4 V; `: J/ O, ]1 WSOT23-6L封装

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

! ]' y( K9 I+ E充电器

9 B8 o5 r9 |! N' b3 V/ j% k存储设备电源
# B) B4 a, o9 Q
! [5 r0 i9 ~: K1 B典型应用
/ n1 W- I/ G8 d! P0 Z3 P  k
, A5 `: c6 D5 O4 g' \

管脚排列

管脚描述
* C: A3 L6 G  m# l. E4 c
2 J; l( p! q; }- y" @) z

  x5 B& Y# K4 ^! }$ U; c2 _6 U8 e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。
/ r3 R: }2 o( M1 g2 p  M7 D
0 O+ \, H, ?' V. Z1 T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。
+ c& Q4 v. t9 g0 N8 `
$ `% F2 Q" K2 J9 G8 m1 U5 ]( W; d02、样机特性
, Z5 E# X& i) |1 Z
3 Z) t5 z. [8 ?' X6 V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。
* b" w$ ~: ]- F
' k% f, J0 {. A8 n: d; [0 `% s2.1、输入特性：
5 N; Q4 C1 e  N. {

9 K. \5 I5 L9 D: u. O: g
2.2、输出特性(PCB END)：

* c+ H: c3 p- H3 E
2.3、整机参数：

2.4、保护功能测试：
* v/ H# l& C5 f6 k$ I! _# i' ~% S" x

2.5、工作环境：

( f* y2 Y& x/ V; j6 l' ~6 C
7 O  \8 ^6 c; h/ ^, [2.6、测试仪器：

03、样机结构信息
7 A& _/ O7 Q  _& `, o$ R) k) h
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。
% M  p, {5 H& x1 K8 W
1 g4 A# R7 q5 a2 ~& d, _& d1 M3.1、电路原理图及BOM：

7 j/ {4 E7 v) R3.1.1、原理图：
! K  _# U# [5 l9 m
$ s( @& R/ ?& \

. Y; R+ R* ~& `6 U, X3.1.2、元器件清单：

9 U6 l/ a1 n" h4 V4 x. E! w/ n2 @

3.1.3、PCB 布局&布线：

) x0 o# k. U: @! V& v4 f7 j6 B

PCB 顶层布局

, z) T# ?( M) q8 M( K- N2 {, u

PCB 底层布局

PCB 底层布线

3.2、变压器绕制工艺：

! R9 W$ y! M9 @3.2.1 电路示意图：

3.2.2 、规格参数：
" c0 b# \6 f  t6 g; v
1）骨架：PQ2620 磁芯（5+5PIN）,Ae＝119mm²；
$ h2 m1 p$ _( }: @6 ~7 [+ r" G2）材质：TDK PC40 或同等材质；
* H( v$ I- d7 U3 \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；
5 [$ f( ]5 _( A  P- z- j* I5）绝缘胶带:3M900 或同等材质；
2 S) g1 H  F5 G1 U( S8 W, B7 @6）初级绕组感量Lp：0.6mH±5%（测试条件：0.3V，10kHz）；
6 r4 k3 F7 \8 N; o1 D2 _( ~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；
  J6 l5 F1 F/ b) d" P9）成品要求:浸凡立水；

0 I. \# q+ ]' ]" {3.2.3、变压器参数:

3.2.4、变压器结构图：

04、性能测评
8 d1 L& C5 C' Y! F2 A1 ^% g" ^
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。
' }) k7 C4 \  J  n6 ^
9 `, u' C# i, q+ U* \+ |4.1、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。
# {& a/ j! n, s1 \) M# S5 r" n
/ Q  q4 N& Y! \. G& L5 K表1 待机功耗

表2 输出接1.5M 18AWG Cable100%负载下的输入特性
7 j! c& H$ F( v8 h  f6 Z

) |9 a) l/ P6 ~3 y6 ~& U表3 效率测试（1.5M 18AWG Cable）
* }+ S  h+ o9 Y

表4 效率测试（PCB END）
- E) ?' a7 u8 G6 v" w" x; o

表5 能效等级评估（1.5M 18AWG Cable）
0 U* q5 @" }# E, E; k! G

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/ n# h; I0 L2 T
( M1 B0 Z+ n! E: s1 c& S4.2.2、输出电压纹波：

7 {' g9 _: a; l! |% h1 U0 H# A- b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。
7 U5 ^; U& z1 G  K0 L
: r- [5 n8 l$ v# U- b8 \

# X  f' t2 c9 j0 o; U, H3 o) X

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

( Q) x/ T# D& c$ w9 m. R5 b

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

R&N @ AC264V/50Hz,No Load

* P1 v, M' A9 d4 `, s

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

4.3、保护功能：

以下涉及过流保护、短路保护的测试。
, j8 v6 E. M* J6 h
9 |9 _9 W; ]2 Q& T" d4.3.1、过流保护：
( o) A; H0 o) _
0 @' B3 W1 F& J' }0 {

( }4 t7 ]/ R0 [5 o4.3.2、短路保护：

8 A$ \8 X+ b' V- b0 G0 Y  I: A功率计电流量程2.0A,开启平均值模式测量。

4.3.3、Peak_load 功能测试：
* J* Y' m% I% 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。
- W5 ~+ I& }5 I- D

AC115V 发波周期12.6mS，Vo 最低15.6V

+ ~( l' O' V7 Z, {$ v6 ~& u3 q

AC115V Peak_load 功能升频151.52KHZ

AC230V 发波周期11.2mS，Vo 最低18.2V

: U+ H3 @9 m6 x5 ^

AC230V Peak_load 功能升频151.52KHZ

3 C" r; k9 S$ }7 l4.4、动态测试：
" O5 l- y7 T5 h
& W) c1 a7 a4 ]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)
0 N# @: O$ ~: x* C+ X9 C
4 U! U; j- M2 q8 p7 p

AC90V_5ms

AC90V_10ms

AC264V_5ms

AC264V_10ms

9 Y" g) A" @  ^. u% S4.5、系统延时时间测试：
+ V( b; x( ]% |9 G- g) K, q  z8 c" n
7 N8 Y' _7 _" W

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

5 p0 D+ ^3 X9 q

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

! r- j9 n  |/ ]1 x8 f

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

! P1 ~8 O, H: p2 ~4.6、其它重要波形测试：

8 O; \9 s1 A0 a- f8 ]0 m

AC90/60Hz，100% Load CS 波形

AC230/50Hz，100% Load Gate 波形

& v2 `: y; z0 z, l# d

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
/ b# o1 m% _/ C) V
测试条件：带外壳在40℃环温下长时间带载3A 老化。

! b: B% d2 I  V& h+ J! V$ T

06、EMI 评估测试
2 l' s2 G0 \% n( Z* c
( E- Q3 c$ z' g6 @1 M8 U* v" ]( E测试条件：
' f/ S8 b# G2 d
输入：AC115V/230V；水泥电阻阻值6.67Ω，带线1.5M 18AWG 测试；
! p. ~: K+ v) `: W9 H) A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

( ~/ L) B- L: q5 e3 [

AC230V 传导N 相

AC115V 辐射

AC230V 辐射