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

' ~# ], n0 }8 w
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。

; |$ ^" S, O, w5 B* a) K; W01、样机介绍
" c% a8 k3 u" J$ {5 @
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。
9 O7 [# q- A6 O0 ~* u

CR6890H_20V3A 工程样机示意图

, c! x! N& O, ~# i' E8 sCR6890H 芯片

5 }( L6 U* _/ _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。

  F- A) k% n+ V( j7 l; ^; ]3 H特性

较低的启动电流 (大约3μA)
9 e: K& V2 N4 w1 R. n2 a* G
内置软启动减少MOSFET应力
2 s* O4 ?, @4 q/ v) Q
带有Peak_load 升频功能；

5 b& E3 b1 Q: d1 l6 K( U5 }/ MCCM+PFM控制模式
1 f" U, p6 d- j$ u
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
+ x9 N( g  D0 c: f! g
内置65kHz开关频率
5 Y0 `+ T$ R2 H$ ~% y7 d8 e8 C
$ E5 O3 `5 S6 q. X" Y轻载降低工作频率

15ms倍频模式
. _$ o! C+ j; h# j1 H; H, W" g
可编程外置过温保护并进入latch

  ]% e( K/ o; ~! c7 C% ]# SVDD过压保护和输出过压保护功能并进入latch

. K/ s$ @2 X  w, x# w; r内置前沿消隐电路

内置输出二极管短路保护

内置过温保护并进入latch

9 ^; r5 a& _0 q; I过载保护
& H: S5 E0 x8 \0 o3 L
SOT23-6L封装

  S! a8 z# ^9 A" K4 Z  R5 ^* Y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
$ T7 B8 a9 P* J0 d+ R% {
( ^& h; ]: R' I& b0 D电机类适配器
* x( R5 h: v0 c6 f  D1 `8 Y* ?3 v+ P
3 b( h  X$ J3 \& o! \) T( c( G充电器

( u6 }" k4 o- S& X2 Z存储设备电源
; k' n. }( K0 w
典型应用
% `+ m/ q& e" H7 u
& K( W# G# Q3 v/ x

管脚排列
' \8 E5 I4 E$ s/ I# S

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。
1 X. }9 [, S+ b) H6 j
" E* g) X3 e9 M1 x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。

3 ^1 _# B! V% n- Y! 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。
4 ^0 w5 _/ R- f
" a: Q6 P3 Q4 v02、样机特性
" T/ M2 ]$ ?9 h% g
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。
. I) Z* C+ u  I7 H$ l
) E. v! {2 x  _2.1、输入特性：
0 s6 u0 K- ~5 s! d" B  h

# u& P0 }  \! j$ P) q" T8 T2.2、输出特性(PCB END)：

  b3 e2 T4 h2 o7 D0 R
9 k4 J8 k0 X9 W/ D  j2.3、整机参数：
0 }& T* u% C0 l

2.4、保护功能测试：

8 s8 I; q9 `) q3 \0 d2.5、工作环境：

' g2 _# `. x- h" Y* A& U- U
7 N1 j* X; c' }6 {2.6、测试仪器：
( R, M" [" {; _

03、样机结构信息

1 c1 J* y( z0 U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。

: C8 K' v) B( p9 Z% N" I) x- {3.1、电路原理图及BOM：
# d4 N& t% G) f) k# o" k
3.1.1、原理图：
. Q8 l) m- P! P  |: w4 A& Q# u
- A* S. l& P& v" d% ^1 y) X  P

' p( O! v+ O, Z; K) V# b1 x3.1.2、元器件清单：

& d; F- X; g6 ^$ ]% r

& l3 R* o9 F# F8 F) ]3.1.3、PCB 布局&布线：

7 s* [" N( X8 \, D+ f8 Q

PCB 顶层布局

PCB 底层布局

PCB 底层布线

3.2、变压器绕制工艺：
6 n8 S' U2 b, F. E* r' ~, P& {
3.2.1 电路示意图：
2 E" s! s2 Q# N0 C; S

3.2.2 、规格参数：

: s% H# o8 Y* D3 O6 ^! \1）骨架：PQ2620 磁芯（5+5PIN）,Ae＝119mm²；
. P! O8 {9 I7 [; V2）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；
$ X3 r# R( w; a3 J2 q4）N1 N6 N7 绕组从变压器针脚B 进线从顶部A 出线，磁芯接地；
& t$ V3 j8 }8 R  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）)；
8）耐压测试= 3.3KV 5mA 1Min；
9）成品要求:浸凡立水；
; G: G1 M7 ]- d: q( t" G" ?
3.2.3、变压器参数:

9 c" h" _/ K: F& }# D% R4 C

8 k# O9 q  m/ \1 k- B3.2.4、变压器结构图：
9 Q1 Q' ?) H# o' h* W' |  E

5 e" N) ~  P: h04、性能测评
& I; }: D- Z7 s
3 k! s/ o  L7 |* e: C- q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：
: z* J$ `( g! B% i$ ~# G- L) g/ n
* T" y; F* o9 z  v' Z6 ?5 L- W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
  a, ?* h, b) L% w7 F% T4 P# e

+ X# W$ K: H) I表2 输出接1.5M 18AWG Cable100%负载下的输入特性
$ @( }6 R) y2 C# w7 f" m* U9 g, s

1 O$ h$ D+ V$ z5 K表3 效率测试（1.5M 18AWG Cable）
. n+ v$ X5 w) T* {. u: b, x7 i- _. }# \* R

; d! f3 h& E. a0 t表4 效率测试（PCB END）

表5 能效等级评估（1.5M 18AWG Cable）
, w- E3 m9 p4 A; ?' I- f* X' ~; J

9 U: x% s4 D% _$ b! B8 ?0 ~4.2、输出特性：

/ A) p; f' q* e, h. y4.2.1、线性调整率和负载调整率: （ 1.5M 18AWG Cable ）
: C  h- D3 j; V, s. R

. _. I6 T; x- `
4.2.2、输出电压纹波：
. Q: N2 _) n, {9 a* {
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。
3 Z4 ^+ w! x( I" c
% M1 s9 a: M5 l3 u4 P0 Q5 S

- @8 Q  H* n5 ^$ s, N( F

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：
+ Q" h8 p7 T  d/ u3 d" j6 m
$ Y( r1 E7 m- X) u6 F$ h* S以下涉及过流保护、短路保护的测试。
/ N+ X0 I: r9 f, A6 @
4.3.1、过流保护：

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。

4.3.3、Peak_load 功能测试：

* t2 I0 ^* o, Q  e* ~# [) K: j. 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。

AC115V 发波周期12.6mS，Vo 最低15.6V

AC115V Peak_load 功能升频151.52KHZ

AC230V 发波周期11.2mS，Vo 最低18.2V

AC230V Peak_load 功能升频151.52KHZ

: L7 r# @" m' ]4.4、动态测试：
( o8 V& V# C, B" r* w
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

2 y, p/ _. D$ x

AC264V_10ms

4.5、系统延时时间测试：
$ `5 v( ?, L2 I9 B, _

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

6 `5 x+ q  A$ x; k

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

+ \/ Y. q8 X5 N9 o" T1 w! S4.6、其它重要波形测试：
, ^2 i6 A( N9 a1 {: H- Y

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

: q4 N* r1 j3 ?0 ^2 o; Z

AC264/50Hz，100% Load MOS-D 端波形

05、温升测试
& V9 D% W; n' @3 E
* C' O2 N; n5 [# K+ H. {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

& X2 O. s$ @2 `7 |/ f! @7 C测试条件：
+ F* g- o* c" ?8 q
输入：AC115V/230V；水泥电阻阻值6.67Ω，带线1.5M 18AWG 测试；
限值标准参考：EN55013、EN55022B。（测试结果仅供参考）
5 {8 Y$ m; q- E. l$ L/ f2 L$ L% ]

AC115V 传导L 相

AC115V 传导N 相

AC230V 传导L 相

7 c! a4 r/ l0 Q% H$ C

AC230V 传导N 相

! W; D7 Y: Y  O' U; L

AC115V 辐射

% f  W" [* t/ f! R

AC230V 辐射