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

7 A+ {2 d& j  V1 N9 |7 [- C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。
+ b& s& J# N5 D
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。
; G4 M; z/ O0 A6 |% Q
4 o3 _7 b* c+ Q

CR6890H_20V3A 工程样机示意图

$ J9 a3 ^- e2 v. q/ \CR6890H 芯片
, o& B  T: Q, Z& R3 [7 G' O- ]
' m( v2 b% X6 c1 X' d" FCR6890H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。
* Z6 T% A0 L9 T! Y" J
特性
& W4 `  m  y* O, H% G4 _* A
较低的启动电流 (大约3μA)
( ^& Q) V+ K, \- K$ V2 u
内置软启动减少MOSFET应力

6 `6 Z6 Z2 S( I8 Y4 Z带有Peak_load 升频功能；
) e# x0 B2 b" q. C4 H0 B
CCM+PFM控制模式

, p) ~+ u! u+ f9 D7 B内建同步斜坡补偿，消除次谐波震荡
, F. I4 e' |" o( P% r9 V5 d
; u- z& F! h' X4 y2 W! y! z+ _  y内建频率抖动功能，降低EMI

内置65kHz开关频率

轻载降低工作频率
* H4 R) _! U  G6 _6 y% k
15ms倍频模式
; x, q1 x4 F) J$ ?" r- T! g2 n" T
可编程外置过温保护并进入latch
& m$ D& z7 x# z  Z# V  a3 t1 k4 R/ {
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

2 J2 s, w6 R* ]( i0 p, H0 z8 n内置输出二极管短路保护
% c. l7 {) p( t' H
( }* e+ Q2 q1 {$ G' f% i" N内置过温保护并进入latch

$ @5 G2 V! }* [过载保护

SOT23-6L封装
8 p% M/ l! G  V/ S6 M- P) a, E7 T6 M
) K+ I# @# z1 F& _" X/ a7 s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。

1 v/ I/ Q1 c( C/ M. w% O基本应用

AC/DC适配器

电机类适配器
: F1 ?& ]- x% U! F2 b+ U
8 ^, `, x7 @6 s0 u; G充电器

" }) f6 V) M1 @) ?存储设备电源
# t7 r0 d  I9 g1 b
典型应用

7 q( a" q. p" u2 m8 u6 n

管脚排列
$ P4 }8 I4 f: X5 j& e
% b% L' s. \& E- j0 J0 d9 I. F

管脚描述

! y2 Q/ L3 O6 ]6 `$ L  v

1 I) W3 W- Z- b3 X7 z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。

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。

  n; [4 q2 J0 x8 @02、样机特性

( v- f9 ]- c8 X3 R# ^4 Y+ P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。
) y, v  l% x" Y& I+ w% Q
2.1、输入特性：

8 R3 K6 w# B: C. e6 ^
2.2、输出特性(PCB END)：

, @: F: r! d) l$ `* l; ?. Z2.3、整机参数：
- k1 q  E+ p8 {8 T, j2 o

* o' o* W+ E6 o2.4、保护功能测试：
0 E, d7 I8 Y0 N. t0 Y

' l3 C5 d) z7 B4 P$ }2.5、工作环境：

: Q! J2 U9 \4 x: o+ i8 u, v
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。
+ l0 c  w8 \9 n  ]; V& m3 ]" U
3.1、电路原理图及BOM：
; q' t  l' }& s& g, o
3.1.1、原理图：

; J  F' Z" u) B4 Q. h/ r

3.1.2、元器件清单：

3.1.3、PCB 布局&布线：

; f7 Z* m2 X0 b- V% k3 X$ [) Q1 E+ M

PCB 顶层布局

8 n7 Y" e$ H% K

PCB 底层布局

PCB 底层布线

3.2、变压器绕制工艺：
3 y( m. i0 e1 ~* j; Y' g, x
3.2.1 电路示意图：
) p: B) r& d. r% u; I  B' T+ z

! `1 L; w. U% l+ u  \3.2.2 、规格参数：
( c3 e7 P. a4 Y, A: m
5 V9 G7 x: D; G1 e1）骨架：PQ2620 磁芯（5+5PIN）,Ae＝119mm²；
# A: f5 ]$ @- S& y5 y4 h1 ]: P" O! Z- }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；
' P& S, i6 L( A1 w3 X, N; F/ i4）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；
* A% B" i8 g) q3 p5 z* W6）初级绕组感量Lp：0.6mH±5%（测试条件：0.3V，10kHz）；
5 V- D9 V% `; \6 H' q  l: k7）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 S- }4 k* C( P8）耐压测试= 3.3KV 5mA 1Min；
9）成品要求:浸凡立水；
; Q. x! b9 R  J4 p; Z
6 e  ~# p  k3 S3 T- ?3.2.3、变压器参数:

6 M9 A' p; E% Y4 Y4 @# s

/ B) }1 Y9 N7 @7 ^% s3.2.4、变压器结构图：
# {8 \7 x( M. B$ V/ P

04、性能测评
; {6 G; _5 k: q/ S2 l, a/ u
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：

8 F! ?  U' o9 |3 l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
  v2 @4 N: d& b6 u

$ T  ~4 {. o7 H, T; M% ?  @0 Z& ^表2 输出接1.5M 18AWG Cable100%负载下的输入特性

7 j4 Q/ t1 h$ ^表3 效率测试（1.5M 18AWG Cable）

表4 效率测试（PCB END）
# F+ n- e" t$ U( H+ {6 x6 g

表5 能效等级评估（1.5M 18AWG Cable）

5 k! S6 l3 n5 y3 L4.2、输出特性：
4 {7 q* ~* X- C
+ {( I( f- O, k; r' ^4 R* m4.2.1、线性调整率和负载调整率: （ 1.5M 18AWG Cable ）
& Y) T- `( p9 K! u; i% B; s" ?

4.2.2、输出电压纹波：
& g, I8 d+ H* c# c! w
  q) ~1 b$ _; d5 `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。
% u5 |# v9 U. [& L2 ]: p

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

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

R&N @ AC264V/50Hz,No Load

: {" h: i& T8 f+ _9 H/ c3 j4 I- A

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

( ^9 l+ |0 S% ~  h) W2 W4.3、保护功能：

, m8 i  w! l2 w* N* C% W. E# ~以下涉及过流保护、短路保护的测试。
' W" Y6 ?- d( \. o5 n: Q
4.3.1、过流保护：

4.3.2、短路保护：
( q4 E# L( S$ N8 [6 m' f
, J; x/ h- r2 s) W+ k" H  n功率计电流量程2.0A,开启平均值模式测量。
+ {( E1 S7 k" u, L/ m) G1 Y' l2 c0 j

4.3.3、Peak_load 功能测试：

( ]& b2 |" M# M: W' E$ U' `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。
7 }( E; W$ l2 l( X2 r7 C' p
! z: ]# v- V* |# A  P( E

AC115V 发波周期12.6mS，Vo 最低15.6V

2 f3 i- p2 Y$ x3 T8 O: i$ o6 o" j

AC115V Peak_load 功能升频151.52KHZ

6 y" U7 ]/ T: G

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：
4 q/ o" m& ]8 G
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)

6 D3 _; @: ^! `* e/ P" {

AC90V_5ms

AC90V_10ms

AC264V_5ms

AC264V_10ms

: M, n9 F: C4 y2 O) ~; i4.5、系统延时时间测试：
6 M! k2 _0 a7 I2 p* j: o4 W2 K3 G# _( N

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

4.6、其它重要波形测试：
6 l. i( _* Z, P- T, M
$ y6 k/ l! M% U. o' q2 H

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

AC264/50Hz，100% Load MOS-D 端波形

05、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 u, o# v2 H6 @7 Z2 i1 {5 @

2 o# e* E9 |  w06、EMI 评估测试
4 p5 R" a$ s. K  d2 O5 H/ A
测试条件：

' g* \7 K( D8 t, @) J6 w输入：AC115V/230V；水泥电阻阻值6.67Ω，带线1.5M 18AWG 测试；
( L" N- V, q( d: _! A  x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

9 S4 N8 B  O" o7 O: C, o5 {7 q

AC230V 传导L 相

AC230V 传导N 相

AC115V 辐射

AC230V 辐射