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

; B+ [$ S; ~  E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。
! u! Y# b# l. f' D5 J. I. ~  q
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。

CR6890H_20V3A 工程样机示意图

( E1 u9 [) [- i' BCR6890H 芯片
" q) e% X* [" c3 u9 |% c  v, y5 v
; b5 V; Z! k- p3 v2 K8 xCR6890H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。

特性
. u* @% }3 h! _) c  B
# M/ d" @2 W9 K较低的启动电流 (大约3μA)

内置软启动减少MOSFET应力
+ I: o; W# G; M1 L: J+ N$ }+ \- c$ i" m
' i$ z/ [) D2 ^( T9 b. c带有Peak_load 升频功能；
! }  r' k9 A+ w' ]$ Z6 E
; k2 x8 F2 w; N3 b) f4 ]CCM+PFM控制模式
7 X# A4 V' I9 f0 W9 C- p4 t3 E2 i
3 Y0 K* U2 c5 g; h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
* R8 z$ ?0 ^2 h$ x
6 E; m2 U, W2 F; S/ ?. P& V内置65kHz开关频率
4 S) V2 b7 y: U. \! N5 m: _9 U) B
2 z$ _1 |: g6 {; A  a$ S, j. }( B7 H轻载降低工作频率

& P) u6 z. X, @. Z- G15ms倍频模式

可编程外置过温保护并进入latch
; ?4 N/ u: J" E
VDD过压保护和输出过压保护功能并进入latch
" K$ Y8 G' L! T# n
- s1 y4 ~; y1 i+ K1 U3 E内置前沿消隐电路
) u# X7 W% t& A1 A
6 b) y7 H9 w$ L0 r- b9 Y内置输出二极管短路保护
. D# F0 x- \# P; n
3 P. q1 p1 N7 W4 L/ O( }内置过温保护并进入latch
7 _/ h3 a& R, B+ ]+ E
过载保护

& \! I. B4 w- k7 uSOT23-6L封装
9 g5 d6 t, y9 f
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

2 ^5 l2 i! o$ E8 iAC/DC适配器
( a) A2 b# V7 `, i
电机类适配器

$ S+ X4 m$ p9 }; H5 c1 I; H充电器
: h5 N+ j2 j- K% y
存储设备电源

典型应用
% @& ]9 ]0 e/ Q& d
# A+ d4 v) j) a1 ]6 i0 v; g8 b# O

管脚排列

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。

9 V2 b2 D! c4 m5 t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。

' y; Z8 p$ R* o  L# C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。

% Q% {# |8 \8 @% }8 e02、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。

5 \0 v, W" ]5 c* y1 s! x7 _# R2.1、输入特性：
5 q7 X' s$ F4 o3 {( [  R- S

2.2、输出特性(PCB END)：

' J5 C8 B; x. ^) L2.3、整机参数：
) Q& U$ B. n1 b  `6 b

) y; D: X9 Y- Z& f5 @2 V& H& j2.4、保护功能测试：
( z9 N+ p$ R, V" Y

2.5、工作环境：
- s* B9 e+ a9 s9 x

2.6、测试仪器：

03、样机结构信息

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：
" F0 [3 M7 K3 f  n& z

. g* t' {( |( ~3.1.2、元器件清单：
/ D3 O3 B* [; l- k; y/ m0 z
1 Q3 O  U% D4 `1 a3 l1 R. s6 G- B7 i

3.1.3、PCB 布局&布线：

  R3 E) Z1 u; J/ p8 B" ~9 [

PCB 顶层布局

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：
2 B( \: f. e) x6 V7 m6 X( F) z% \

" d/ {2 R$ M+ O/ l7 [+ j3.2.2 、规格参数：
& o2 u5 W' c6 g: b) N7 V' N& X& y
9 j) U) _, x: I( |4 t2 O1）骨架：PQ2620 磁芯（5+5PIN）,Ae＝119mm²；
7 y+ E+ I/ y+ B2）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；
8 \* M3 m* S3 N/ ]8 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；
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）；
0 Z3 X9 m1 h0 w9 c3 b' A- b7）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）)；
" p8 L0 a' I% F8）耐压测试= 3.3KV 5mA 1Min；
9）成品要求:浸凡立水；
( J$ p( n, p  Z/ ?
3.2.3、变压器参数:
3 B4 q/ D& E! a8 h8 g/ ?
3 |! M6 q2 z& e! Y* O

. `5 V0 U0 g  n3.2.4、变压器结构图：

6 O9 f1 h( x) P* V6 f; ^; p# D04、性能测评
% [, g6 q$ f! ^- ]/ X$ |2 ^
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。

* s) D, Y0 z' X/ e4.1、输入特性：

, v+ U% L4 a* 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。
+ d* }1 q' E- i9 d
3 M9 ~0 K9 f0 y9 I7 m( I表1 待机功耗
+ _1 p+ ^4 D0 L8 e, Y  m7 g: K6 d  i

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）

" v; S7 K  N- ~) ^表4 效率测试（PCB END）
8 ~( ]% n( c3 |5 E0 C; x0 b: a, i

# L% o4 O- r$ `表5 能效等级评估（1.5M 18AWG Cable）

4.2、输出特性：
" `) u9 Z( W9 n" t
, C. c6 j, y! u0 G! X7 d) r4.2.1、线性调整率和负载调整率: （ 1.5M 18AWG Cable ）
0 N: u6 Y  \0 H) T7 [6 i% z. j

4.2.2、输出电压纹波：
( R; q/ t) x! o
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。

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

$ Q" {$ W2 a% x

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

R&N @ AC264V/50Hz,No Load

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。

4.3.1、过流保护：

5 ?* g8 `* a" h

4.3.2、短路保护：
# r# d, L* j. K7 {' e7 F
功率计电流量程2.0A,开启平均值模式测量。
8 x* H1 X! u8 |* e  R- o. f
/ f7 F$ k; e3 Z

4.3.3、Peak_load 功能测试：
4 A5 }" A$ t" h' c
! F& k9 Z& e; v! X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

4 H/ }& P2 ]5 C3 g7 z8 X5 M

AC115V Peak_load 功能升频151.52KHZ

! }  `8 D8 t2 M5 g

AC230V 发波周期11.2mS，Vo 最低18.2V

AC230V Peak_load 功能升频151.52KHZ

1 T' T; y# Y9 `+ w* }4.4、动态测试：

' A* j( t: Y4 H, [+ m  v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)
) E( i# L* ?' M

AC90V_5ms

AC90V_10ms

: ^" M% }" M2 h6 ^: B: w

AC264V_5ms

AC264V_10ms

4.5、系统延时时间测试：
) V8 x  c0 `5 a+ B7 J! a

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

$ \# C, y8 H6 b& i" @

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

& D! k% Q& C0 A! M% a# b4.6、其它重要波形测试：
7 N% u; y$ ?; A; C7 [

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

0 f) z- y) d) L

AC264/50Hz，100% Load MOS-D 端波形

: I/ G' G2 ~8 E/ j3 e3 f5 k05、温升测试

测试条件：带外壳在40℃环温下长时间带载3A 老化。

1 d: q" l/ P) t& F- |7 ?

% H# K' K% b+ R06、EMI 评估测试
, z6 q* t5 y( I7 o5 i
测试条件：

1 P# E; E. U' B' Y3 ?输入：AC115V/230V；水泥电阻阻值6.67Ω，带线1.5M 18AWG 测试；
- I; S3 x" A+ }% X5 t限值标准参考：EN55013、EN55022B。（测试结果仅供参考）

+ r  F' ~2 ?/ S8 G* L* E3 h

AC115V 传导L 相

; C7 h% ?% t* j( Q' }7 o9 F

AC115V 传导N 相

% G* F8 [% k, X2 B! }; C! P

AC230V 传导L 相

, a( s6 Y6 \0 ?1 H' B/ \, o+ z

AC230V 传导N 相

AC115V 辐射

AC230V 辐射