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

. f+ F2 ^; K$ s/ _' b9 f$ 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。

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。
' S" K4 D- I8 h3 t: U
: Z9 j6 d# @& l2 V0 s, P" q+ C0 }# ?

CR6890H_20V3A 工程样机示意图

. t7 N* c) E* |( l( E2 V6 ^; L- NCR6890H 芯片

7 B  T" D7 w0 I2 j/ @/ A7 rCR6890H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。
9 V( s5 t# u- C  O, B
特性
/ o; R) O7 P5 j& z# T2 {
较低的启动电流 (大约3μA)

) k* [8 F5 S: L, A* f& i* e8 ]9 F内置软启动减少MOSFET应力

带有Peak_load 升频功能；

CCM+PFM控制模式
) s0 C) `1 D4 G& j  H! p; Z# l) B& B
+ S. Y" D+ d, X' ?内建同步斜坡补偿，消除次谐波震荡

+ b3 W2 |6 G: J; ]2 ]' o8 n内建频率抖动功能，降低EMI
8 G* g) Q/ w" a* Q4 r) h
4 ?4 Q' y6 l3 G4 i/ D0 M内置65kHz开关频率

轻载降低工作频率
7 R  f0 X9 m7 `; \
15ms倍频模式
7 B2 D9 b4 P, O1 S% V1 K  e
可编程外置过温保护并进入latch
% R+ U9 k. ~& @: F; ^
: m0 S% O+ P( a- y. ~6 CVDD过压保护和输出过压保护功能并进入latch
3 g! W$ z- ]+ `( p% s
内置前沿消隐电路
' C  q" r1 Y* j* h
内置输出二极管短路保护

内置过温保护并进入latch
+ i' L: K7 \" h7 T7 w/ C
过载保护
8 }0 e6 F3 X' V) q- k
SOT23-6L封装

1 L, w9 S$ G! b! B- O  W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。

4 S+ h8 d8 L# }$ _# b基本应用
$ W5 b6 h; q6 Z9 h8 M2 w, P$ O
AC/DC适配器

) w$ X% @, h4 a( V; R' e电机类适配器
" X7 i, q; w+ V% ?/ _; v
充电器

  u/ G$ A7 e1 o7 w1 S存储设备电源

典型应用

! n' l0 m+ j& ^

4 S+ H  V8 Y3 ~% X. y# u! j管脚排列

管脚描述
7 s8 a  ?/ R: i# U
5 n8 |) T2 g+ G

3 D- F3 g4 t4 i+ m  t2 a& c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。
! H9 Q! m4 g0 B( q! {
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。
# ?6 V0 M) z& r" G8 ^7 y9 q
  m, Q4 ?6 n, K$ M2 C. W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。
, u9 @3 h4 O& w( F3 ^! r
) r6 a2 q6 m" q8 ~0 ^02、样机特性
. E+ C- o1 D* g' L. v+ c
, ^2 i5 s2 H$ ]5 h. A  ^" m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。
  w0 @. M' p. @$ ^) o
0 e( A9 Z/ o; U2.1、输入特性：
4 ?& k) e' S5 @9 [  d; x8 W1 A, E

3 h( f5 J9 \2 H4 s3 `( ?
. w2 l' z0 N  J: R: d) \- P2.2、输出特性(PCB END)：
* }2 e/ S: ~+ X8 d

  Q+ P7 k, l1 S/ ]0 ~
0 M- O2 X4 w9 ?3 @- F6 U2.3、整机参数：

2.4、保护功能测试：

2.5、工作环境：
9 s' o/ h: n1 G! ^! ?" k

. b  @- w3 Q) o6 p; }. d3 |2.6、测试仪器：

03、样机结构信息
1 K! M: ~6 E! m: {9 t
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。

9 O0 V% `' U6 D. n6 W3.1、电路原理图及BOM：

% U$ d2 ]" o; X8 r; Z, d6 n4 A3.1.1、原理图：

0 J% ^; G' Q$ z6 m2 Y% v# p3 c' C3.1.2、元器件清单：

6 [% ^. A: N1 e# T

3.1.3、PCB 布局&布线：

PCB 顶层布局

PCB 底层布局

PCB 底层布线

3.2、变压器绕制工艺：

3.2.1 电路示意图：
  |; Z% B7 P  ~0 E

3.2.2 、规格参数：
: W' C3 W) J. ?! u/ ^
1）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；
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；
3 Q6 k" ~' P* A6）初级绕组感量Lp：0.6mH±5%（测试条件：0.3V，10kHz）；
! r9 x+ q" Z! `3 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）)；
8）耐压测试= 3.3KV 5mA 1Min；
9）成品要求:浸凡立水；
$ j8 m/ Q) l" A
7 F3 q- K+ o( G4 t' @& |3 S+ N3.2.3、变压器参数:

- C7 K) p" _, K1 E& y# k$ T* B

3.2.4、变压器结构图：
9 R* d% L+ b  m4 J" `; F8 y

04、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。
& U5 m9 D; }9 o! v- U; U+ u
; e# j) k: }% z: e" U7 v& i/ G4.1、输入特性：

" o! w0 N  E0 Z* Q+ j7 U+ p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
! O7 n/ R& ^( K, M; g) _) Z( T6 v

表2 输出接1.5M 18AWG Cable100%负载下的输入特性

0 A- Q" P: v7 Z2 ~表3 效率测试（1.5M 18AWG Cable）
/ x( }+ c& O/ r) z( e' {; o

表4 效率测试（PCB END）

9 I. d3 f: O0 b& Z/ o5 n" G& H$ t表5 能效等级评估（1.5M 18AWG Cable）
' w2 h2 Z* l0 F4 L+ `9 _

4.2、输出特性：
; E# ]6 |1 ?( T& G3 I
4 v4 U' x2 q% i$ P1 G: C4.2.1、线性调整率和负载调整率: （ 1.5M 18AWG Cable ）

4.2.2、输出电压纹波：

; e  }+ B* V5 ~8 `2 G3 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。
- G% F8 ?! o6 E! R" E4 T3 Z; l

$ k! u- J9 q+ a1 u7 ]+ R

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

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

R&N @ AC264V/50Hz,No Load

7 s  z3 Z! D% S( ^4 b, G: |7 J% v  N( P: @. I

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。

/ W. S6 h' \( I  L* g4.3.1、过流保护：

! ^% V0 l  i4 R8 R- u$ u4.3.2、短路保护：
! k6 ]- o) d" v! z$ p3 O6 L7 B
4 I7 P+ v! l2 d7 |. S功率计电流量程2.0A,开启平均值模式测量。
0 Q. r0 N) I- @: `# P

4.3.3、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。
0 Y9 }4 b) X$ b

AC115V 发波周期12.6mS，Vo 最低15.6V

; ]) \% f. U6 r' h

AC115V Peak_load 功能升频151.52KHZ

( K1 D/ \, a" U4 N

AC230V 发波周期11.2mS，Vo 最低18.2V

6 E4 P3 s3 H+ H7 R8 S9 i

AC230V Peak_load 功能升频151.52KHZ

( p+ f+ ~7 m3 s/ x1 o, ?$ L: I4.4、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 l1 S! D. p! n9 j1 N
; I4 \4 R5 A  U# t7 e: Y

AC90V_5ms

AC90V_10ms

3 u. B) X0 i0 p+ [( g

AC264V_5ms

AC264V_10ms

4.5、系统延时时间测试：
/ y" _" y* B8 L3 \
5 \! u  j& r, A1 A2 {1 ?( Q

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

& y8 t3 k1 x9 o! Y$ y' i

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

- L2 U& s: R$ R5 M4.6、其它重要波形测试：
1 h% X% @* x  ~& {$ R
& k0 e+ l' a: D# B% d* r. d

AC90/60Hz，100% Load CS 波形

AC230/50Hz，100% Load Gate 波形

+ {. ?% \0 \( k/ b

AC264/50Hz，100% Load 输出肖特基波形

$ F( `! d% Z' r& I

AC264/50Hz，100% Load MOS-D 端波形

05、温升测试
6 j8 f* k! n# h6 Q* h- A
9 M% x9 X: O& c+ E8 h测试条件：带外壳在40℃环温下长时间带载3A 老化。

% ^' ~: Y) S8 ^5 j. d

06、EMI 评估测试
# S; a% h; }( {# y5 w0 L
测试条件：
' r( @& ?/ s0 t8 z
2 @# L; {, s' a+ J! H9 K2 H( s3 v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）

0 r& G, H. N. P$ v9 I8 |

AC115V 传导L 相

AC115V 传导N 相

AC230V 传导L 相

6 T! F1 y2 I- @+ }' |

AC230V 传导N 相

AC115V 辐射

/ O( i! n9 h1 N8 F- @+ A9 e  ]) b

AC230V 辐射