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

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。

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。

) Q, C: p; ^2 Q; O0 B

CR6890H_20V3A 工程样机示意图

! c; }5 O$ Q" f; dCR6890H 芯片

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。

5 I8 G* ~2 t& m0 o1 Q2 Q特性
+ g4 m/ H/ R* [( P5 t; D
) h4 s8 k$ ?1 [! H& X较低的启动电流 (大约3μA)

0 I: u, n/ D4 z内置软启动减少MOSFET应力

带有Peak_load 升频功能；

CCM+PFM控制模式
' k& d; d+ l; X% q6 n( ?/ P" E* K3 [
* D- w" s" o6 U( Q, x- p内建同步斜坡补偿，消除次谐波震荡
* L, K" m" f1 V; \6 Z8 W# g
( }9 Y, T5 K: C! r5 `# j) R, K内建频率抖动功能，降低EMI

内置65kHz开关频率
! f! E+ s9 l! A1 v$ X" {* O
3 x; D% r( E3 k0 ?: F轻载降低工作频率

15ms倍频模式

# Y8 u, O& d4 Q7 N; m/ D1 V& q可编程外置过温保护并进入latch
6 y2 s0 a2 j! A0 V; _1 C8 u2 t
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

内置输出二极管短路保护

: @- Q0 R! W8 N& J, m* M) V) K内置过温保护并进入latch

; b  w# A! ]6 g7 q过载保护

SOT23-6L封装
, r& X6 m, Y9 k2 e; q4 O+ R- m: K
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。
% m( b: h1 z, B+ v% b& U
基本应用
! }9 _1 b1 }% m! }
AC/DC适配器
! s, V7 g( @5 H! G0 v3 ?/ F
电机类适配器
# k  i7 T+ l$ P
8 [( U2 a- K0 z) p% p8 D充电器

存储设备电源

# b" a0 \0 J( a! |  k典型应用
8 L& j! T+ S* E

0 y: U/ w; x4 N管脚排列
; N: ~' u, d4 h6 Q, q

管脚描述

1 }2 X  f/ n6 Y3 ^6 m) l

* M4 m" g* f4 j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。
- c; ]' P: @) p: I4 s
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。
) {( L3 R! {4 H
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。

02、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。

9 ?  a1 R2 w6 e( `, l9 |" T2.1、输入特性：
6 I. r$ c$ a  `1 \

) \5 S9 I* z$ s% x# j
# M: O/ l- S2 p! `' Q2.2、输出特性(PCB END)：
4 ^% k' y5 R* U9 N( b. }# x, A$ o

: D( w8 g6 J" L  j6 U
4 C8 N9 W. Z+ O8 V2.3、整机参数：
) m, U, t/ q, m* v' k7 @

2.4、保护功能测试：

2 B! N8 i8 k, I1 \( d4 i: p2.5、工作环境：
. Y* z. M' A$ U: C, K7 H

0 {' F$ K, x! z8 I9 \- ]0 L! @1 m
2.6、测试仪器：

03、样机结构信息
, [$ u  j  u, D6 I$ k4 B+ ]
8 E4 z; y" S1 M' ?/ d1 G* }( b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：
1 P9 e0 ^% _0 q* r% V8 s# Y
: r3 j% F/ A% |8 |8 d

3.1.2、元器件清单：

+ T8 L# b4 d5 @* t

3.1.3、PCB 布局&布线：
$ C# C( u3 `& `$ j2 e8 H
8 b, s- H% d  U$ t& |) j

PCB 顶层布局

PCB 底层布局

PCB 底层布线

3.2、变压器绕制工艺：

  a/ j4 I8 d  ?3.2.1 电路示意图：

& |: ]* a# h$ T" m, ~$ Q0 U3.2.2 、规格参数：
9 m) v- j2 m: m& ^# W: i. S$ Y
, A& Q+ G- T! H" o1）骨架：PQ2620 磁芯（5+5PIN）,Ae＝119mm²；
2）材质：TDK PC40 或同等材质；
& U9 Z# f- _3 O3）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；
( g2 v& w1 k/ G& E5）绝缘胶带:3M900 或同等材质；
9 J! a6 x5 N: @% t7 }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；
& y; k; ^1 n: O1 S. z8 P, W+ g
3.2.3、变压器参数:
/ s% T9 L8 H' [: T6 X
* I; Y, y+ q2 ]2 m2 i, q$ S9 C  i

/ I' P0 I8 a, C9 ~3.2.4、变压器结构图：

04、性能测评
' b7 y" H* y2 u5 J( |8 n/ _# X
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。
1 u, h6 c' W9 S5 S
4.1、输入特性：
8 k! J5 f5 l4 Y& [! H2 r' D
- F, Z' @/ v8 D$ y  I/ v/ R& b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。
& ^/ p- }, [* h1 K' c  C; ?! F
表1 待机功耗
: D, [/ p6 Z# O7 ^8 ^  W

( v* o) ~4 I) v表2 输出接1.5M 18AWG Cable100%负载下的输入特性
5 H, p; ]5 t5 C: _! O- X

' ^2 u! e3 g- t) N6 c' r" y表3 效率测试（1.5M 18AWG Cable）

  w& ^( f1 E4 ~- Q表4 效率测试（PCB END）
3 p1 e. w, Y9 e8 Y, }% U

表5 能效等级评估（1.5M 18AWG Cable）
9 X# T$ I- U6 `. k* J5 N- [

4.2、输出特性：

$ F% l! m: i: P0 P8 }" u4.2.1、线性调整率和负载调整率: （ 1.5M 18AWG Cable ）

& G& G/ L: h& B4.2.2、输出电压纹波：

8 w. x3 b1 t) i% l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。
) t/ L8 }4 e+ L! L5 E5 d" f
5 J6 @) N5 Z1 ?1 O% Q+ X4 M; K, t

; q& n9 H( r; U: C+ y

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

: U9 j, ~' L0 }) L

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

) F8 g' {5 S% w

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：
9 F! u& j0 D8 d/ S" N& p
, f% `* v  B0 X

6 e" a+ y' e3 g- S4.3.2、短路保护：
0 a( q" r1 q5 z* B6 `' D; D
7 K3 k0 `6 K9 \) z# L. I' |功率计电流量程2.0A,开启平均值模式测量。

1 @- ?; g. Q8 X( X6 Q# R  \4.3.3、Peak_load 功能测试：

/ R- z. Y" D- e8 o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。
$ n, R) s) A7 E" Y$ l* c
" T+ K! c* Z0 A' w* r: E+ j7 [3 k

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

4.4、动态测试：
' i6 A8 Z! o% M# y
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

AC264V_10ms

4.5、系统延时时间测试：
/ o( l, `2 M" n! g- }3 E

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

  v+ H) t, L) \; a  \8 h  T4 l

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

9 f& d. O0 X& u! @3 i' F3 F

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

4.6、其它重要波形测试：
" W# ?6 N3 ^6 n
! F& T1 w9 h& 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

6 m1 Y2 i8 c0 N' O0 J

AC264/50Hz，100% Load MOS-D 端波形

05、温升测试
  U3 ]7 K- {1 |3 S' y0 o. X+ D6 d
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

6 G. \7 m5 ?4 K' W9 t5 @4 y& Y* g测试条件：

输入：AC115V/230V；水泥电阻阻值6.67Ω，带线1.5M 18AWG 测试；
. R# v) S3 ^& c$ F; y) _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

4 |8 D2 g" O3 n3 U: \5 {

AC230V 传导L 相

AC230V 传导N 相

! Y& ]4 e+ u( b- _6 u

AC115V 辐射

' ^4 e9 n" L4 Q4 N7 s

AC230V 辐射