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

! C5 H( r1 Z, }1 G
9 g8 n& f; s0 T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 ?. _, A9 o  K* W( e
01、样机介绍
8 \0 k7 Z0 E* v$ m6 ]
0 y1 S. m8 A3 e1 {! T9 I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。

" C" l" v  u, M) ~% `

CR6890H_20V3A 工程样机示意图

8 O8 q4 r" Z5 t3 sCR6890H 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。
* K. L1 H% N, g- g% U& g/ b1 f
特性
0 Y9 V2 P. D9 ?
) [, C4 a) k4 ~8 O4 B2 C& ]/ a+ V较低的启动电流 (大约3μA)
! y/ W. u/ T, ~9 d$ }$ v9 ^
: h! }; C& P+ O" H7 Q" h8 V" J' J  D内置软启动减少MOSFET应力

带有Peak_load 升频功能；
0 b2 D; D5 E5 [
5 b& a1 N- z- b$ W9 y4 H: B) UCCM+PFM控制模式

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
* L7 e! Z/ N% {6 d
+ O& }1 l5 P( y, @' ?内置65kHz开关频率
, P( G& g1 f+ C/ i; \
轻载降低工作频率

3 c; z! ]- I7 K" |3 v; b6 v15ms倍频模式

0 G% r% d8 _  q; ]6 A# R2 D可编程外置过温保护并进入latch
; q6 ]) e6 l/ h" \
. }  R% l9 k; Z1 z, y7 J0 kVDD过压保护和输出过压保护功能并进入latch

5 J" I- M9 @: ?. c, Z内置前沿消隐电路

  G. C5 k$ b  i( X, Q$ Y8 D; {0 G内置输出二极管短路保护
/ }1 z0 n5 y  \& }  u
内置过温保护并进入latch

过载保护

) q2 D" U3 S1 j  zSOT23-6L封装

1 n: h+ w1 R9 z* Z; d2 n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。
$ ]( u( F! {8 H; }- D& y' W% U
9 p0 m: I7 B3 v/ z, u' `2 q2 z基本应用
" U! T% D3 {- r
, f2 m7 u1 A/ I0 q8 oAC/DC适配器

4 O9 z, ^2 Y7 m6 D7 k* Z+ y' O电机类适配器
/ L5 L& Q4 i! F" Q2 E3 d
$ }) l" H6 F4 [2 j: `充电器
0 _' o+ K" T  j7 L
存储设备电源

+ V3 k/ F5 _* p/ R典型应用
, x4 O/ Y; t8 v2 F: }# A4 A

9 h% L1 p$ p; c& ?$ C管脚排列

管脚描述
1 k9 T4 i  I/ Z, U
7 u! v; Q4 B) ^* A$ w# E

! }! O. c% L6 u& |- T! b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。
2 o1 O$ e& U$ x8 t( {7 _; A* e' M/ ]
0 U, v' i; i) e& `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。

02、样机特性
" K: [) X/ r$ T- d- n0 B
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。
$ D; A- g8 |% z" S# D
2.1、输入特性：
5 `$ Q1 R: k  J' P- i( L" ?9 y

) R( L! C# d' {3 A- m8 }7 p
2.2、输出特性(PCB END)：
& I' Y$ n: r' _. v  G; |# e; ~( b

" o8 A: [0 L) W  ^# N: i0 {1 C
2.3、整机参数：

2.4、保护功能测试：
8 o0 x# P  j# t, W

2.5、工作环境：

, K& K1 _% b3 I( e* y6 L
2.6、测试仪器：

03、样机结构信息
; i" R) Q# {* w9 q) C
& k/ o9 T! Q/ O: J' X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。

& F5 d8 O9 N: z# m6 V* z/ A3.1、电路原理图及BOM：
" R  v5 G1 D! H, G7 q8 R- I
% P, s' w1 w! N" ^0 X# @  X) X# o; |3.1.1、原理图：

$ Q. g  t$ V4 q( @3.1.2、元器件清单：
, A. D! v" T) ]$ d9 x
9 m% W2 {) f. y  U3 ]* n

6 f" j! R7 \8 o4 ]+ z" c+ M3.1.3、PCB 布局&布线：
$ \" C7 A% Y" c+ G

PCB 顶层布局

PCB 底层布局

" [3 f7 @) R; p- A$ b* a! f; G

PCB 底层布线

3.2、变压器绕制工艺：
9 e! q+ B( t2 f, Z
9 D. T# z) j3 {/ c/ x: h. p3.2.1 电路示意图：
( p, ?! r! k' _; c3 `; R: i

: Y3 A- K% z; M" Z6 z3.2.2 、规格参数：
+ l& v, p4 ~+ m, G; Y" j/ r
: O+ h5 G. t- F# M( v1）骨架：PQ2620 磁芯（5+5PIN）,Ae＝119mm²；
2）材质：TDK PC40 或同等材质；
( V' }* Q- }7 f  v# P3）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；
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）；
! R& n# a, ]3 y- p+ Y( ^# Y7）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）)；
* [0 m3 j+ R: t8）耐压测试= 3.3KV 5mA 1Min；
6 W: ]8 M/ X. Q8 N# o# f& B9）成品要求:浸凡立水；
  V+ K$ ?* k6 w/ Z+ l! F* ]
$ [; X, B+ L3 M) {9 A' z) h" ~( a3.2.3、变压器参数:

3.2.4、变压器结构图：

04、性能测评
: q7 ^! ~6 }4 q: N3 T0 ~8 a$ e1 W, k5 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。

$ X+ }6 E  U" h4.1、输入特性：
: e) G2 y5 h6 \2 j. Z9 b- D( h
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。
9 }$ p4 r4 `+ H- W9 R6 p
: H9 c& M! P7 h" ?+ o. o- H2 q/ Q表1 待机功耗
4 G2 C7 Q/ t5 L. T6 ?$ B

/ d' |8 A( X" z; x  a! C, n. b* K表2 输出接1.5M 18AWG Cable100%负载下的输入特性

' v( T& h; e4 o3 [' z- E表3 效率测试（1.5M 18AWG Cable）
8 k0 \: P: Q# {0 F1 ^: b6 ~

! j+ @; M1 v, F4 z, V8 [表4 效率测试（PCB END）

. s% O0 o" n  f表5 能效等级评估（1.5M 18AWG Cable）

4.2、输出特性：
0 ^7 @0 w" T) _! O
' \4 O: B$ w- d7 T  N4.2.1、线性调整率和负载调整率: （ 1.5M 18AWG Cable ）

8 E( ?8 |, L; f7 {" I& I4.2.2、输出电压纹波：
( q. a. s$ w3 K/ n( r3 d
( `4 @0 n1 ^, M3 X% X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。
$ x' {1 z, L( a; {( \

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

. I1 c! Z) F8 i, u; P3 }

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

, A, B& R! }3 j" W9 c1 t4 E, t4 p

R&N @ AC264V/50Hz,No Load

% s1 U$ I: N! L1 x) b

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

2 i, C% h/ V9 q4.3、保护功能：
' ]2 b2 O8 R4 O8 v
( Y* w. B  n( D, F  V5 r. D" |4 f( G以下涉及过流保护、短路保护的测试。
* Z+ e  \. v1 _$ y0 f
* x+ s/ l, D+ i$ w1 }- R4.3.1、过流保护：
, i- {8 i! e* D, c4 j- t( d5 B0 z

5 S: R* b7 y* `; o5 f4.3.2、短路保护：
! Y2 r1 a) m/ r3 I4 ?
功率计电流量程2.0A,开启平均值模式测量。
! f7 A' _/ d. l5 ~. I& J' D" F6 A

( x5 h5 |: g/ |- s( d: j5 t4.3.3、Peak_load 功能测试：
0 H: U$ O; x& F3 v: E- j' a
# F/ e# K; D! k% L6 b) K& y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

9 R$ P$ V2 x: p0 N9 T+ C; p. @

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：

( ]' x+ X' h. _1 j$ f+ 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)
7 P, `# @& o# [; Z6 c
. _: S9 k! ?- G5 X

AC90V_5ms

AC90V_10ms

AC264V_5ms

7 u& R' ?9 O' {* m' ?! m( y

AC264V_10ms

4.5、系统延时时间测试：
" k, M+ S& \3 j+ z9 B$ N
& ^8 h8 ~8 e2 W0 Y3 V0 P

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

( G2 f8 l) _" k/ G) O

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

8 H1 }6 i" W/ }; X4.6、其它重要波形测试：
- @( Q9 L4 \8 L" x! ~
% p4 {8 e" }/ k# u2 x3 \  [' O' ]

AC90/60Hz，100% Load CS 波形

5 a/ m, Y; M6 l% F4 j  z8 c

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

, F: C. t' X- X% R4 S测试条件：带外壳在40℃环温下长时间带载3A 老化。

9 E9 Q2 I! v" c- g$ ^' [- C) O) a+ _

6 @+ X4 E! v, x2 N( x# g( f06、EMI 评估测试
- R6 }7 p  Q' s) i2 [8 N& A6 H
测试条件：

- M2 E3 Y0 m+ M输入：AC115V/230V；水泥电阻阻值6.67Ω，带线1.5M 18AWG 测试；
, d0 [. P' a, n7 t限值标准参考：EN55013、EN55022B。（测试结果仅供参考）
7 C! j2 y% R1 Z1 c4 |& l

AC115V 传导L 相

! v% V$ N  H( Q4 L. H

AC115V 传导N 相

. K( O, O# {, A" @, }* I8 o

AC230V 传导L 相

% l; O! P0 Y/ W' g% F

AC230V 传导N 相

AC115V 辐射

  s6 P) v3 H" t6 j

AC230V 辐射