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

9 `! M/ N: a" {3 p( b
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。
* p8 ^! n( q' D4 ]  T
' d& s2 d: u' T& h7 n0 M01、样机介绍

# Q4 q1 j& G/ C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。
. _( o+ S$ e" Z) j& X9 W3 D! M) Z

CR6890H_20V3A 工程样机示意图

+ M6 b- K, }  O1 HCR6890H 芯片
2 i+ q- a6 T+ n  u: e" G
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。

特性

较低的启动电流 (大约3μA)

& s0 d4 h( i! Q6 J内置软启动减少MOSFET应力

  `4 x, g7 M9 G' _  A# p# o1 S带有Peak_load 升频功能；

CCM+PFM控制模式

! i& K1 d3 m) b! s内建同步斜坡补偿，消除次谐波震荡

: m2 w7 z3 @7 }: @* L5 W4 ~  l6 p内建频率抖动功能，降低EMI

内置65kHz开关频率

% S! {3 J4 Q& Z3 \轻载降低工作频率
2 }7 G8 ~$ p$ j/ r
6 b+ G) j$ N: L$ Z15ms倍频模式
8 I5 w% `3 x; w
7 L& c1 c( t! T& @1 [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
7 b! s) s, F; B4 s4 z
- M2 C3 Q* ]. U- W! h5 ^内置前沿消隐电路
  G5 p  [5 w  L2 M8 v% d8 Z) @/ X
( @& Q) q; H# {/ y) ^# F5 k; {0 W内置输出二极管短路保护
( w" ^+ |2 A/ n$ X8 H4 J+ x& i
内置过温保护并进入latch
* v3 v4 K% s4 l3 i
& y- `9 B' L, z/ ~$ R+ D* O过载保护
' ^; n3 b; m. l, s9 X, g
SOT23-6L封装
  Z0 }  M* A+ e
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 J7 l: l/ a9 W# v+ U) S# X基本应用
4 H) p& V: f  A' W# m
2 Q/ _& f0 t, c4 I1 XAC/DC适配器
/ R6 g; }+ `4 p& h0 `7 v  f
电机类适配器
$ F, z5 I4 @+ h' f. g
充电器
; x  S- V4 N" m5 g5 I
) K$ V# i0 \, H! c/ E存储设备电源

8 {9 f- |+ \7 z) M# Q+ k1 v, I% ~典型应用
# m6 T& o: @7 ~2 p7 h! I
! t2 q6 f: N8 ?; K1 b& E

管脚排列
+ G3 [% {# g+ W4 ]# |; m
: |$ a1 H5 ~! k! x! L2 P+ H

管脚描述

; ?1 t+ V, k6 k( \% Z; F9 Y: k' k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。

4 Z# }, P; o. H3 r; h7 z( z5 C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。

: l; _5 Y, Y, N8 x6 K+ C- k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
# i0 A) |$ t4 u
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 n8 D9 v! j; I% a+ F% b3 g7 M
- ~0 z  b* ?5 C, _% J8 J- X5 k' W2.1、输入特性：

- n4 G, a- f2 X* x0 y9 O! O
) m. ]' P0 n9 h2.2、输出特性(PCB END)：
) S. P" A" R* o# [3 Q

$ Q3 e  E6 q3 C; O0 ]
/ o3 F4 S& H( O- }2.3、整机参数：

8 G: g. X0 E0 h, H2.4、保护功能测试：

6 y' m% G2 ?- @8 g2.5、工作环境：

2.6、测试仪器：

03、样机结构信息
. r" I+ K. V2 a" 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。
4 H* O0 M& B7 X, u6 _/ |# N5 g
4 S+ r, F! v) q5 H4 X; G2 K3.1、电路原理图及BOM：
9 e! b' |* g( k7 g& G$ Z/ y0 [& }
8 ~6 W5 r% M+ h; M$ d: H/ v" T1 I3.1.1、原理图：

: t- B: |. z1 H5 r9 w3.1.2、元器件清单：
( n9 y; K- H$ W3 v
7 S9 p% M$ I- a2 H, a  I8 n" M1 N

3.1.3、PCB 布局&布线：

% }) ^5 X; _7 H9 T" F3 r/ i- j

PCB 顶层布局

PCB 底层布局

1 Q2 j6 y5 x$ e! h2 K, A3 \' z

PCB 底层布线

3.2、变压器绕制工艺：
8 w0 ~# Z/ |  O) Y
* M3 T+ e1 c) b2 F' v3.2.1 电路示意图：
- Y  \0 O* E. A, Y

4 V3 Q+ u$ U3 v" P) v9 z1 X* Y/ ]+ q3.2.2 、规格参数：

/ L* F. a/ ^% g$ n/ b1）骨架：PQ2620 磁芯（5+5PIN）,Ae＝119mm²；
) ]' O' K! w' O: L9 l. D, C2）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；
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）；
* x1 j0 b" y+ |6 a7）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；
0 f% C/ x5 Z# I: @9）成品要求:浸凡立水；
' O& L4 i! w$ A# d
3.2.3、变压器参数:

& F# B" O9 ]9 ]# v) C5 B: ]# k

3.2.4、变压器结构图：
, U! v% V- s$ j

5 f$ K$ M8 Q, Y$ Z" h9 T( h04、性能测评

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：
: X3 H% Y6 v/ U! T( p* g" R
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。

0 u. N5 k* W  ^) c& B表1 待机功耗

表2 输出接1.5M 18AWG Cable100%负载下的输入特性
: u" n) ?1 B: i, Y( N& A% ~

. X' x; {: X1 a% q! u  j表3 效率测试（1.5M 18AWG Cable）

& t0 W" H6 N' Y) ^  H# P, T表4 效率测试（PCB END）
$ u% `+ c. A) W- U1 _3 b" V

表5 能效等级评估（1.5M 18AWG Cable）

) c; a% c4 B8 A4 t6 q, z) C) f4.2、输出特性：
& v8 e2 q* n/ {8 \8 p* F
4.2.1、线性调整率和负载调整率: （ 1.5M 18AWG Cable ）

4.2.2、输出电压纹波：

* O8 O+ h# t  V, }/ 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。
1 M) K+ I7 T+ o
+ \- m# }& Q( u2 t# g9 f& A

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

3 m& |, J" L" ]

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

3 j* O- Z+ ]* S4 ^7 [/ A

R&N @ AC264V/50Hz,No Load

1 E7 S1 A! h# p' ^3 i7 H5 W

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

( N: V- W. o! P4.3、保护功能：

以下涉及过流保护、短路保护的测试。

: d0 v+ x0 P, c: W4.3.1、过流保护：

4.3.2、短路保护：
/ Y; U' R" P: |4 X
& h5 c! x; G$ q功率计电流量程2.0A,开启平均值模式测量。

4.3.3、Peak_load 功能测试：
4 ^  i  ?, Z8 M  m; T7 i6 c
! m" v: ^6 k, C: q: i$ H( h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。
4 }3 F( ?, P9 ]1 o: U0 a: |! L
$ b: u7 x! x4 h1 n* `5 }

AC115V 发波周期12.6mS，Vo 最低15.6V

1 x* o$ I5 {+ R' {% p( y+ \( [

AC115V Peak_load 功能升频151.52KHZ

: h/ V4 t4 Y# ~, n2 F' `# K) G

AC230V 发波周期11.2mS，Vo 最低18.2V

$ g' ]5 r9 t  N5 z# h% \

AC230V Peak_load 功能升频151.52KHZ

4.4、动态测试：

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 {: v% z6 [% q: M

AC90V_5ms

AC90V_10ms

AC264V_5ms

$ [$ g1 |  z8 B, q0 h

AC264V_10ms

, Y; O* O2 T- X, V5 t* E& U* h4.5、系统延时时间测试：
! F/ U! q" v4 ?, a! ~: m. D

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

3 q4 m! g1 k; W% o2 `( B

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

4.6、其它重要波形测试：
; ^, S2 g: Z# G, l# `$ `' ]+ O

AC90/60Hz，100% Load CS 波形

, E' q3 q# H0 r( Y% r2 y6 T

AC230/50Hz，100% Load Gate 波形

. N! B  q0 U" n& Y. o5 Q: {

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

5 d: v% a6 N! _& \! P5 \, J测试条件：带外壳在40℃环温下长时间带载3A 老化。

0 h& q5 w3 o. N% r

06、EMI 评估测试

% p1 K- j0 l( C# Z* x3 g测试条件：
$ B8 J+ ^" `+ k$ y7 o
) l/ H) J( `# U  o5 p, C& I9 z输入：AC115V/230V；水泥电阻阻值6.67Ω，带线1.5M 18AWG 测试；
+ K5 _# W" A, D& X) a限值标准参考：EN55013、EN55022B。（测试结果仅供参考）
/ M8 A5 C2 e: b  F' I* U+ K2 X# P# P

AC115V 传导L 相

AC115V 传导N 相

AC230V 传导L 相

AC230V 传导N 相

AC115V 辐射

0 H  [* \, u/ I' `, X

AC230V 辐射