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

; `. k& o/ T3 s8 m+ T8 W4 T+ `( n
+ f3 H! D2 D8 g  d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 M- ^9 ^8 Z) j; a6 d
01、样机介绍
2 F! q& `, o' x+ A: r
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。
! V' T# k$ g* W! ?0 W: G; u% l( X1 u

CR6890H_20V3A 工程样机示意图

7 `; H/ p& ]2 zCR6890H 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。
7 s/ a( t) d: l
特性
5 |1 D) g; s. ]1 g. c: B
较低的启动电流 (大约3μA)

0 A1 t1 f+ X0 b+ Z2 D内置软启动减少MOSFET应力
" h$ [5 h* @: H) N* o' k5 @
带有Peak_load 升频功能；

" r! f' v- W0 o( Z: E  ?CCM+PFM控制模式

内建同步斜坡补偿，消除次谐波震荡
; M/ T( x& p9 X. D* H! r
内建频率抖动功能，降低EMI

3 Z( P7 A3 S1 X6 t, i内置65kHz开关频率
8 W* J( F2 \9 v( H4 f  `; \( q/ P' @
) c! \9 e% [9 }. c8 g轻载降低工作频率

3 _6 i: c# y( F; F9 Q$ j% Q3 W+ g" o2 z15ms倍频模式
) }3 n5 ?; e) p  |
- Y) ^9 o9 M( g. j3 K6 K1 y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
0 o+ s  W2 _$ ]( _- }$ Q! Y
( F1 H7 a/ }3 ~( x内置输出二极管短路保护

内置过温保护并进入latch

过载保护

SOT23-6L封装
8 Q( t' a7 d, R0 g5 `
" B) M7 c7 H5 G9 q4 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。
6 Q7 ]) s- C% B' c
6 z8 x. p/ Q! i  `; S9 ~" M基本应用

AC/DC适配器
2 Q( N& ~  k/ o2 P4 c6 ~+ I) {
电机类适配器
7 \  W0 ]" {' l6 Y6 x
8 b! |* g( `6 s# ^充电器
1 o! ~3 d9 z; b5 _( q
存储设备电源
# T; g2 t- g* h0 ?7 F9 F* p
典型应用
) u0 s8 n# r5 j

管脚排列
+ D& j. N2 O$ b# l
7 U3 {3 ?: W) o" Q8 b% c; N: v

管脚描述
+ @9 P; }0 Q) _" n  ^* Y1 e
( _9 c9 C, `. r% Y2 S3 S/ a. 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。

/ X8 f; Q) A# f2 I- F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。
) D% P) C( w5 P
0 {: E0 u8 E& Q1 [' J& O! \) b7 B02、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。

2.1、输入特性：
8 o8 h9 @2 P' j0 F! w

8 g6 K8 d* g: g
2.2、输出特性(PCB END)：
) m7 B- P9 T/ g& O' s4 k7 h

; ]2 v1 p6 h( ]8 G) s2 ?
2.3、整机参数：

2.4、保护功能测试：
( |! `" W. B( f  \5 A0 ^. E0 S

* S; l4 @* C% m/ G2.5、工作环境：

  @7 E  Y* E8 T( H! P! t- A
2.6、测试仪器：

03、样机结构信息

3 G; ^9 f( I  V4 \% w. l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。
/ O# E0 \- {1 U* j" A
. Y/ \7 |% P/ Q/ `% E2 f9 Q3.1、电路原理图及BOM：
+ X! Y; C7 Y- O  F1 G
3.1.1、原理图：
' I! \9 E1 b3 d) N! l8 z& A
+ r  D3 U' D, H# d; ?% p

3.1.2、元器件清单：
' f7 C" l; k% I* Z: E, A

3.1.3、PCB 布局&布线：

PCB 顶层布局

PCB 底层布局

) k8 K) V. R! U) K6 t$ Y: g1 A- Z' e

PCB 底层布线

3.2、变压器绕制工艺：
6 g8 n% V# P0 L. Z: G. W, Y) a3 }
3.2.1 电路示意图：
1 V" N0 C1 G! u# d+ k

3.2.2 、规格参数：

1）骨架：PQ2620 磁芯（5+5PIN）,Ae＝119mm²；
1 g& H0 R# g/ F* f2）材质：TDK PC40 或同等材质；
8 ]/ Q  ]( O0 U7 {% t2 L) i2 i3）初级、反馈: 2UEW 漆包线；次级: 三层绝缘线；
3 A+ B+ Z5 t4 ]- A  [3 A5 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；
' o: d# |! }. s1 A+ s) x7 m  j6）初级绕组感量Lp：0.6mH±5%（测试条件：0.3V，10kHz）；
% ?& X9 u' z# j; \. Z7）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）)；
/ B6 _* W9 Q. Q( O4 O8）耐压测试= 3.3KV 5mA 1Min；
9）成品要求:浸凡立水；
) Y+ v& t9 u5 X0 x( L+ X
3.2.3、变压器参数:
# b1 |1 O9 s* d8 g8 `6 @. s4 U

, N7 }% _( Y7 m+ D- ^/ H. X* O, a3.2.4、变压器结构图：

1 J* k- Z3 h: b9 K6 ]+ T  E04、性能测评

1 I1 f" E- j' i( ]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。
, O, D0 ^$ Z5 F0 K( I+ e
4 g) r0 l$ ?/ W5 N4.1、输入特性：

; C8 U+ \1 j0 i. Z5 Q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。

  q7 B) }' }( a$ L3 ~+ W表1 待机功耗
6 s" d* c: c/ m  I# |9 `: Y

; ^: N0 s" Z, o/ Z表2 输出接1.5M 18AWG Cable100%负载下的输入特性
0 ?: m) P! v0 t) b, X4 `

表3 效率测试（1.5M 18AWG Cable）
4 W5 _6 H+ R, W7 e  Y( z

表4 效率测试（PCB END）

9 Z. H( a* v4 N& M表5 能效等级评估（1.5M 18AWG Cable）

: i0 b  U# S# P( k. K; D# [4.2、输出特性：
9 u$ v! @! o. {. J1 y- C) {+ a1 Q
! c/ P6 _* t% H0 j8 z/ ~7 q4.2.1、线性调整率和负载调整率: （ 1.5M 18AWG Cable ）

( f1 E9 T5 e3 @4 x& S  E' i
4.2.2、输出电压纹波：
; i% l7 _& Y  Q2 q
  s& o8 L; ^$ R, D$ D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。

6 M' F3 m& n+ @5 Y: i3 s

" O# k$ ?* n% t! n

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

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。
: L( c: I3 X# n4 B
6 A5 k4 W' _) c1 f; f4.3.1、过流保护：

4.3.2、短路保护：
/ g  B* W- G$ `. ~
功率计电流量程2.0A,开启平均值模式测量。
( U( G6 I1 o2 u4 E
6 b. t7 R: z, a; R% f# ^

! y: P6 m0 H2 u8 C/ O9 f4.3.3、Peak_load 功能测试：

% B: D1 x, n# E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

AC115V Peak_load 功能升频151.52KHZ

AC230V 发波周期11.2mS，Vo 最低18.2V

& i8 W% t; B3 E$ o8 G$ ^+ m5 s' Y& Y

AC230V Peak_load 功能升频151.52KHZ

: K! D7 W7 _! r! Y) l" D! U2 J4.4、动态测试：

$ z% {) S2 Y* A; a2 }8 v0 J4 l! W( [2 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)
  S7 S' q1 F: e# z" v, X

AC90V_5ms

AC90V_10ms

3 @' Z8 W2 R  M4 f, u

AC264V_5ms

AC264V_10ms

4.5、系统延时时间测试：

! i  n' K! O5 u; _( Y

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

, e6 R2 v* z6 O

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

" r; O( G. g$ D/ x* ~- Q

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

# H; u/ q+ `% ~: H4.6、其它重要波形测试：
) u1 `- C6 `, O" }# d4 {

AC90/60Hz，100% Load CS 波形

* W- @, t6 g+ R* t" Z

AC230/50Hz，100% Load Gate 波形

( f0 P5 R/ j! \! q

AC264/50Hz，100% Load 输出肖特基波形

AC264/50Hz，100% Load MOS-D 端波形

- {+ e& T- c0 x* y" L( h" V, _05、温升测试
4 b0 C6 s: a. I1 \* K
; W+ i2 Q* R# [: ]! r. ^测试条件：带外壳在40℃环温下长时间带载3A 老化。

0 ^0 g9 D8 b1 l# p; k7 w0 V/ X

, R* t0 x* x, [2 |5 L* F06、EMI 评估测试
% F. f2 f% t( L6 H5 ?2 X
0 B! ~8 D! g& L! k8 Q  }$ F& Z! j测试条件：
4 g# p# M* b' ?" E
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）
# O9 }& W) J4 j/ p; r* s

AC115V 传导L 相

AC115V 传导N 相

AC230V 传导L 相

) W* T# q0 D5 }+ ~

AC230V 传导N 相

AC115V 辐射

AC230V 辐射