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。

' x! ?8 H5 v& M8 p1 k. D9 V6 y01、样机介绍
9 w- d- l1 I) d% o  C6 ^/ n
6 H$ r: f9 y4 |0 t& w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

CR6890H 芯片
- @' S7 k. M3 L! Z. K; [
, |0 E4 `# e6 m# }/ nCR6890H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。
" C$ R# d0 t) [
9 X, m" \2 s+ F/ p) |+ F, P特性
: W% i2 v# K$ K' f  v' p
6 z+ O9 `5 J4 m. P2 L较低的启动电流 (大约3μA)
, e5 z0 g, v; z  \$ K
内置软启动减少MOSFET应力

; t2 n, Z0 U5 u带有Peak_load 升频功能；

CCM+PFM控制模式

内建同步斜坡补偿，消除次谐波震荡
( H4 p6 Q( N# K
( G2 W/ s; m; v& U$ Q& ?内建频率抖动功能，降低EMI

2 r, S4 ]# h+ h; H! }内置65kHz开关频率

轻载降低工作频率
: R7 _/ b( U0 v; ?
15ms倍频模式
2 ]) w( t" |1 b: S0 Y8 q
4 h! G6 u3 I  e. |$ {, f2 J0 O& O可编程外置过温保护并进入latch

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

! U% U6 F; H0 X  _9 M) Z: ?3 l5 u1 O内置输出二极管短路保护

7 x& B! r! T# W4 s: T5 i; E内置过温保护并进入latch

" ^+ j  |8 Z8 l( G8 ^. P- m+ u2 n, |. \过载保护

: K: i/ w4 M4 O. DSOT23-6L封装

% q9 o8 R  k9 [" \' @: E/ r$ I( 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。

) t3 u0 h- [" t3 w- N( c基本应用

1 Z+ j, s2 q% ^' CAC/DC适配器

0 X$ a# c! W7 a* f( E电机类适配器

充电器
5 A6 m) k" s5 \& ~3 ^6 V5 u
% ?! b8 _6 g1 _3 ^5 `8 p) H存储设备电源
5 }* F( C, F/ d0 g" I: |/ ?
典型应用
' L! k* A0 A. {" D3 r( B0 ?
5 x+ B1 L' J% D' |3 u

, u7 ~5 O9 K: O. V+ u% l! W管脚排列
; S- x6 {& U% W, X. g0 E/ \

管脚描述
3 ^+ V; h" {3 m$ f  f

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。
" @  ^8 w3 J4 I$ r! ]5 y  @( Q
4 l, R* J! I4 T. R' 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。

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。
& z- f% Y) p; h4 C/ k4 B8 C
02、样机特性
  `. D8 i8 x. Z/ p2 @3 p# h
  C2 r$ @, S" x0 O: V  f+ L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。
8 g, z7 e$ s3 M" P& v* e7 r
0 X1 J; ~9 ?& J- a6 r; e: y1 R2.1、输入特性：

: \4 c4 R4 z; C6 c' n
2.2、输出特性(PCB END)：
4 J5 e/ o1 Y2 |. G6 S3 O/ t, \% t! I

0 q  M, a$ F0 T2.3、整机参数：

2.4、保护功能测试：

& S# f/ E/ d- {. c' x% l2.5、工作环境：
3 K0 N- K$ W, O% w6 ]# M; J' O

- R, z- t! V$ X& t0 c1 V$ l% H
, Q& E. Z' r$ N2 k9 G% ]8 n7 ?2.6、测试仪器：
" Q5 D- C; _9 a5 h# `& M

03、样机结构信息
* x* H) e% j$ H. s1 ?
- ?3 P! D# H; ^6 b0 ?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：
. \. C2 K! N, F2 J6 n
3.1.1、原理图：

9 A5 [7 r6 o! w" B  s5 _3.1.2、元器件清单：

5 U4 f9 U3 G  X* F1 J

3.1.3、PCB 布局&布线：
" r# f1 j3 ]4 l! L5 n3 o) _& Q

PCB 顶层布局

PCB 底层布局

) M, l5 v  b$ V8 ~

PCB 底层布线

3.2、变压器绕制工艺：

6 r  r9 U; F7 B$ f6 `3.2.1 电路示意图：

( s- D: u! @8 B9 R, }2 }3.2.2 、规格参数：

1 B9 ]( v  E6 Z8 p# \8 m$ p1）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；
( A: J: m' Q! D! Q( e4）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；
# Z/ W. g; _& m. c/ L6）初级绕组感量Lp：0.6mH±5%（测试条件：0.3V，10kHz）；
; H, R! E5 `/ L3 _" j/ `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）)；
: k: ~. k5 J2 |* h$ c4 ^/ L8）耐压测试= 3.3KV 5mA 1Min；
, {0 o" X6 S& G/ p9）成品要求:浸凡立水；

8 D! j$ N: ~* T+ g$ ]3.2.3、变压器参数:

3.2.4、变压器结构图：

. u3 m- S7 b$ x/ J* i+ Y1 E04、性能测评
) Q+ w8 n9 @0 I. X% k8 z
/ D. ^2 t3 W6 h' N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 b7 [8 I+ i- R$ f6 K0 t8 l+ O
5 k# o" m( q' y: C4 T2 `6 v& G4.1、输入特性：
, F4 j- \# Y) Q0 E
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

3 f" A% I; w7 X9 _' o  |表2 输出接1.5M 18AWG Cable100%负载下的输入特性
1 b( \, y% _5 K, U2 i6 e

表3 效率测试（1.5M 18AWG Cable）
& u1 e- N; N& a; j, l7 C8 W& P

表4 效率测试（PCB END）
8 U9 ]- c9 J- E2 i  R1 k* _' B

表5 能效等级评估（1.5M 18AWG Cable）
( M+ Y  x, J& h% W1 o7 e/ j

( c, B& Z2 c5 e- Y4.2、输出特性：

4.2.1、线性调整率和负载调整率: （ 1.5M 18AWG Cable ）
. v3 ~- U% J0 `! k. r/ X2 d

$ L- ?/ Q9 m5 z3 M
4.2.2、输出电压纹波：
* ?/ ]+ S2 [9 a8 D; |+ z8 L
3 s3 C: q- t; g4 G3 r! t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。

$ Z/ \4 g7 M+ c7 S  p

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

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

R&N @ AC264V/50Hz,No Load

- G; ^( k1 T* F) E) N6 M

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

4.3、保护功能：
. L) G+ l! l, s+ h
: F: X* |  p( \" g$ x以下涉及过流保护、短路保护的测试。

4.3.1、过流保护：
( W' H1 N( Z/ a5 V: C5 y
; S3 `+ n" {; Q' s1 _

4.3.2、短路保护：
3 _1 f4 T' p* I6 T
. h4 B. ^( Z6 Z8 F功率计电流量程2.0A,开启平均值模式测量。
- K  z0 n( S  }+ M
8 l# U7 g! i' L" v. {6 l& j

/ w: |" x0 S  `! A8 j1 a4.3.3、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。
- a: Z, G0 M" [" {
9 Y7 s5 P; w: w6 V( C1 G# Y

AC115V 发波周期12.6mS，Vo 最低15.6V

  ^. {- G, e( N4 f

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：
: B$ ?. N: {: o# N% D' u0 o
/ j& h; v7 R) a2 r) e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

1 t) w& l4 D- G" T) b

AC264V_5ms

AC264V_10ms

4.5、系统延时时间测试：

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

; D1 j5 l, d  M1 O# @* T/ [

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

: Z" b& G( o  _0 l6 C+ \0 S+ |

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

4.6、其它重要波形测试：
" G" ?1 ^" l* j/ c

AC90/60Hz，100% Load CS 波形

AC230/50Hz，100% Load Gate 波形

# |' f, u$ ~8 k, d2 @5 J) c

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

2 w6 k4 F: n2 F+ i" a# A测试条件：带外壳在40℃环温下长时间带载3A 老化。
0 _$ B/ }% x. V; C: z

8 ?- {! s2 p7 x2 ^, L; a06、EMI 评估测试

测试条件：
2 \& D( O* B: D, ?
输入：AC115V/230V；水泥电阻阻值6.67Ω，带线1.5M 18AWG 测试；
- J$ m; i9 Q7 X+ m! A1 ?0 @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 ^& i0 g; N' d6 u" U1 h

AC230V 传导L 相

9 G$ C# b* I2 P4 f, ^$ x

AC230V 传导N 相

AC115V 辐射

3 n4 k4 K) y$ Q  A& |

AC230V 辐射