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

5 f; i' O& \$ l8 I, x
& B; z5 S; c* L8 y' X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。
6 p& i6 N; P. A
7 W3 H1 p% N9 u! Q9 U5 t0 q" `) n01、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。
' l7 x" H& E9 ~/ G* N8 ]/ _
: a+ n5 ]; P. d# r3 Y: x- p5 r

CR6890H_20V3A 工程样机示意图

9 }+ o. _# f: S6 ICR6890H 芯片
5 W  V! H7 F7 g/ a6 J9 z8 D5 \
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。
$ a3 ]  h5 J/ Y+ X1 }6 A/ u
" M' z! d5 g0 W& o2 B特性
2 i. Q# X. X1 L4 a, }7 b
较低的启动电流 (大约3μA)
  o3 m7 \  n7 b( U8 Z5 `+ ?) p
内置软启动减少MOSFET应力

带有Peak_load 升频功能；

; H: _8 A* e+ N/ QCCM+PFM控制模式

7 x. X$ G" F1 K0 @( e内建同步斜坡补偿，消除次谐波震荡

- D1 z' _, j- v/ {内建频率抖动功能，降低EMI
4 o4 ^& [+ }; ~% e
9 B% S' e5 n4 |0 W0 N) ?内置65kHz开关频率

6 f. p+ @' Q" Q7 R0 ~" }轻载降低工作频率
- T) ]2 }6 p# g$ J
15ms倍频模式

# H8 _5 G8 [. B# R# r可编程外置过温保护并进入latch

, G/ x1 e2 @5 \& J1 {: j1 K: Q3 d3 jVDD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

内置过温保护并进入latch
% u0 ]/ `8 e+ F5 \
: F6 \  m8 u, G  a过载保护
, N! D) c( R" m/ D& k
( S) s, t! l( I$ [SOT23-6L封装
' U/ C& o  E5 Z
* f) I( F4 c, `3 g4 ~5 w, ?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。
+ c/ g, T5 Q5 Q4 f$ v7 m
+ T5 }: x  c! i$ A基本应用

AC/DC适配器
2 g2 i* E) \+ J/ g6 b- K, j
电机类适配器

充电器

存储设备电源

典型应用
- {9 |* x+ d( C& |
, r; O' b2 g3 @# Y" H, n

% \/ x8 q: q) {管脚排列
# a' I  I5 D5 a

管脚描述
3 X6 B: m! @  Q

$ M) S5 v6 n: O% Y- a2 {+ b, g5 e$ 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。

. B1 E' U) l- A+ v% s0 |* K6 O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。

/ h; W5 }2 o$ s; q" R! j0 j5 ?02、样机特性
7 g% ]+ P' d) {9 f, Q6 i5 h4 f
/ n: h5 R3 n; s, R: ]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。

2.1、输入特性：

; h. I6 Q) j, E; E4 k0 @/ E- ~. \
2.2、输出特性(PCB END)：

2.3、整机参数：
4 t9 l: m6 ^. d4 W

2.4、保护功能测试：
  ^4 r" {& x- X3 `, {' [

5 J% Z& o0 Q9 y( _' j2.5、工作环境：

2.6、测试仪器：

03、样机结构信息
( h  [% s7 K0 F$ t
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：
& j# W  |4 q# I- O* m
, C8 T3 d4 |3 L8 `* d: U9 J; B. A3.1.1、原理图：

3.1.2、元器件清单：
4 R, }) A+ d$ }' t& H8 p

* H5 i2 z: g6 y9 U+ o8 r: |- F3.1.3、PCB 布局&布线：

, Z( h1 a% T1 p% Y8 v. k

PCB 顶层布局

PCB 底层布局

3 o' K3 t1 X9 ]* K1 p

PCB 底层布线

3.2、变压器绕制工艺：
8 c8 [0 ^, @; p
) B! A, Z0 i( l* d3.2.1 电路示意图：

1 w, [1 W+ Q$ \( a3.2.2 、规格参数：

7 x' W9 f1 S9 s7 x  `9 F1）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；
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；
# [  l* h- m- z5 X; S9 v6 `/ d6）初级绕组感量Lp：0.6mH±5%（测试条件：0.3V，10kHz）；
( m4 r5 C/ |4 U7）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 ?9 d4 q: L8 }0 P7 I9）成品要求:浸凡立水；

! W$ \& T7 }5 r6 \7 m0 u' k# B: Z$ \3.2.3、变压器参数:
" x2 j" }9 u$ B' Q( F1 Y  x& c
/ ^  j: f8 l  b

3.2.4、变压器结构图：
. O; |8 u% f# `

- w: K, S- O; g' m04、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。

5 o5 W$ y9 C- e% B# u4.1、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。

* }$ X* ~( ]6 h  ~表1 待机功耗

表2 输出接1.5M 18AWG Cable100%负载下的输入特性

* d! h9 s  Z8 b+ f9 T  H; z表3 效率测试（1.5M 18AWG Cable）
* c9 `! k9 Q4 z8 q6 ]9 y

$ L1 [& \) ?' E/ j5 y5 p. a  e表4 效率测试（PCB END）

表5 能效等级评估（1.5M 18AWG Cable）
8 O* l/ z; x5 p3 V3 v' P

3 H' h0 ~' V- @/ B, f4.2、输出特性：
! E/ E* u" O* }( E2 f. A0 ^
4.2.1、线性调整率和负载调整率: （ 1.5M 18AWG Cable ）
  A% l2 w9 \0 Z8 p( ?( ^- F  l

( M- J' x& r$ M' _  h
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。

1 K2 ]# o$ j/ K1 H- p: ^5 b$ f

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

! V  u( q9 v  \

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

$ E$ U' h0 o+ w0 }

R&N @ AC264V/50Hz,No Load

- a( P3 E5 {& H' F' T

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

% g) ?4 Z! W! N; q4 ^) M$ T4.3、保护功能：
2 x" ~. ~8 o" ^- N
% }4 [0 Q; }& \( }8 V3 X: c" E以下涉及过流保护、短路保护的测试。

' x4 b4 W5 o# d4.3.1、过流保护：
, {8 P# [% \5 C. V

4.3.2、短路保护：
0 [7 U* M+ c' T% Y
7 s0 o! k6 T' v8 p/ E  U  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：

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。
' d, l5 j; w+ n+ k

AC115V 发波周期12.6mS，Vo 最低15.6V

" O% A% {/ ~( v! y% V' d9 I

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

4.4、动态测试：
1 ]/ `4 P8 j1 ]* q, I' D; h2 r) D" h
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

; x7 ?- I; i' q* [# ^7 @

AC264V_5ms

1 r" }) u! T3 I; A8 N0 P7 f

AC264V_10ms

* `1 W9 {) ]# f' t, `9 A4.5、系统延时时间测试：

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

6 E0 h2 p$ g! v2 y/ Q

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

' ^0 @/ k- z  u" o3 u4.6、其它重要波形测试：

AC90/60Hz，100% Load CS 波形

0 D$ a7 W; ~6 J: |2 N2 I

AC230/50Hz，100% Load Gate 波形

AC264/50Hz，100% Load 输出肖特基波形

0 w$ o* I/ y7 T: |3 Z9 N' v& G( w+ k

AC264/50Hz，100% Load MOS-D 端波形

  b8 }: x* U9 q0 [05、温升测试

# R  S  Z, b) u4 S测试条件：带外壳在40℃环温下长时间带载3A 老化。
  a% Z) e, O7 E$ _
' S5 w9 H1 C& W, ]

7 R" ]; o& @5 _8 V" M06、EMI 评估测试
( F7 U2 c6 J$ e1 i) b
7 z) `* s6 [. R( I" g测试条件：
1 y# d+ n, A9 e- ]2 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）

AC115V 传导L 相

AC115V 传导N 相

AC230V 传导L 相

AC230V 传导N 相

1 Y. {! B( ?6 O- C( c7 T/ e

AC115V 辐射

AC230V 辐射