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

- S1 J/ S" a. k) w/ k+ H  I
9 d( O# U4 }; O1 y, g3 y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
1 I! k9 l- W- q& }& Q
  r: P* C( ^2 I7 U) a! 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。

CR6890H_20V3A 工程样机示意图

% V3 V: k6 J/ p, l; z* fCR6890H 芯片
9 _$ J; o/ Q0 j$ {# C( y3 ~7 X
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。
1 [* \, h; `' u9 z. L2 N; g9 _
特性

" m$ E' r/ J; c- o5 L* v较低的启动电流 (大约3μA)

' a0 a4 @* z' D- R- T内置软启动减少MOSFET应力

带有Peak_load 升频功能；
  A7 A2 F% @* b" U
, K& x+ `% I9 ICCM+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

内置65kHz开关频率

轻载降低工作频率
5 l% l0 z: u# P1 }+ _1 T
. ^1 ~* @8 r" L- \15ms倍频模式

可编程外置过温保护并进入latch
# m+ X3 g' Z2 w& G9 m
1 Q" }/ Y" g. Z5 x' b% cVDD过压保护和输出过压保护功能并进入latch

- I$ y2 S! V2 X1 U' l1 _内置前沿消隐电路

内置输出二极管短路保护

% }9 L0 x3 O& i; F% C3 {0 Y内置过温保护并进入latch
' b7 W  x; h4 I) P
* ~+ ?% P2 _8 M$ p过载保护

' t! a( `; a4 y6 l" K0 ^- |9 ^SOT23-6L封装
# h& r4 a* E1 K; _; D/ R
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。

基本应用

+ t1 a( j7 n# A8 oAC/DC适配器

电机类适配器

1 ^! w& C' j* [0 ?4 I0 {充电器

- k2 J& m3 i8 Y% g) g存储设备电源

典型应用

1 T( E; d; w9 v5 J0 R

管脚排列

1 H# }: ^! Y+ U3 k; N" y) i

管脚描述

' Q4 q5 L- Y- y4 h

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。
& [# r) S, b9 j  I
# j6 D2 F# d4 b( Q2 J6 F! N9 N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。
* S  o  ]& R% \
8 [" O6 W  k* s/ N# s5 Q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。
% @( Q7 l6 L& b, E4 S2 r" B( z. F
02、样机特性
# ?$ |; K! m( Y. ^
1 _) n0 k& y2 c& X. w: u' w) q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。
! H6 w% D& P9 n, ~
2.1、输入特性：
/ K# o9 }8 F1 K  v

0 [0 s* G: k) O, m
2.2、输出特性(PCB END)：
4 Y; ?( x" ^# Y9 m

' a; i& m' G- v3 A, l) T
2.3、整机参数：

0 U6 d7 n. F' K2 N: z2.4、保护功能测试：

2.5、工作环境：

9 j7 M8 [8 x( v8 g
2.6、测试仪器：
4 J! m" X* @6 h0 ]

03、样机结构信息
, u0 K+ j4 c5 V1 c5 f: p$ J; v
! A9 l$ A9 V' t' B1 g; s, b) `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：

3.1.1、原理图：
' z- d- l0 V1 N* y

3.1.2、元器件清单：

: s3 W3 L# g) ?" ?  P3 }, A

/ w6 F) }. p4 r* ?+ \* w6 i- r! F+ {3.1.3、PCB 布局&布线：
- A, N' A; _  c8 s$ c5 F
0 u" K5 D; _) q: g) r- A

PCB 顶层布局

PCB 底层布局

PCB 底层布线

3.2、变压器绕制工艺：
) A: e  Z. W9 `
3.2.1 电路示意图：
0 Y  C! J- B- P

3.2.2 、规格参数：
4 X% w, y: r0 ^! G* n) A
9 Q# e% ?7 }. m5 d0 ]; O; @1）骨架：PQ2620 磁芯（5+5PIN）,Ae＝119mm²；
* l, \2 q: `0 y3 ], T9 L2）材质：TDK PC40 或同等材质；
5 j! _$ ?. y& J! x( A1 C6 Y- r3）初级、反馈: 2UEW 漆包线；次级: 三层绝缘线；
' \6 h/ b+ ]" y$ q- M3 _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）；
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）)；
: w$ c$ \- ~: G9 a( L9 D2 X5 ?( Y1 y8）耐压测试= 3.3KV 5mA 1Min；
9）成品要求:浸凡立水；
) r4 w/ ]8 G7 Z. \+ ^5 z
3.2.3、变压器参数:

3.2.4、变压器结构图：
# ]5 `1 E6 F0 l% ]- p

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。
( E+ o5 o3 I, h. u3 ~
4.1、输入特性：
& q& o$ C( I+ x. `1 X0 t; t1 F2 Y: B
6 O, ~6 r9 h' L& {. |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。

7 a: Q9 h" N' q6 ?  `表1 待机功耗

表2 输出接1.5M 18AWG Cable100%负载下的输入特性
& ]7 o# B5 K& K4 m7 _

  K+ j  U5 @1 h' _表3 效率测试（1.5M 18AWG Cable）

表4 效率测试（PCB END）

3 q, b7 Z: ?- p! S! L( j. N表5 能效等级评估（1.5M 18AWG Cable）

# o3 o! w3 y! N& u4 c. m1 c4.2、输出特性：
  L2 [' `$ Y5 n. O. j
4 P4 _9 h9 Y! N3 @5 p& r0 s4 g( _4.2.1、线性调整率和负载调整率: （ 1.5M 18AWG Cable ）
; a5 U7 A' E' p: d

: K+ ^$ L! B0 g  F7 ^# C5 N
6 N+ C4 y2 R: F3 H$ H4.2.2、输出电压纹波：
& I  Z3 s  S$ T0 a% y' l6 Q
1 n5 `' N3 a* t) K: U4 L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。

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

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

" L& c! e' X; s1 e; y& l6 p& `

R&N @ AC264V/50Hz,No Load

- o1 b! E! x% G8 b- H

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

2 J- O/ g8 P) }$ \. O/ V4.3、保护功能：
: d/ z: i2 \. }5 C
以下涉及过流保护、短路保护的测试。

4.3.1、过流保护：

- Z% P0 i0 n2 j" T

9 C" V4 }2 h0 i3 N4.3.2、短路保护：
1 r6 j3 D* z% v
功率计电流量程2.0A,开启平均值模式测量。

+ G0 E  G* {. n6 E

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。
8 e' o; E1 W9 j' W. X& ^
* D! Q! i% x0 V1 h6 U( n2 y

AC115V 发波周期12.6mS，Vo 最低15.6V

% ?$ h" @: v1 g" s/ X* g2 G, A' m

AC115V Peak_load 功能升频151.52KHZ

% F8 d! |( A6 k$ z5 n4 o; l$ L; `

AC230V 发波周期11.2mS，Vo 最低18.2V

5 \! v- m6 P+ l: T

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)

5 g5 h* A6 q# l7 h0 W  D

AC90V_5ms

AC90V_10ms

: @: ?1 ^- c) X  o" Z9 R

AC264V_5ms

AC264V_10ms

. ?8 F7 g; B' t/ M2 g0 P; |4.5、系统延时时间测试：
: M5 S9 I4 W& E' ~5 N2 R) {  {+ `
8 U- k, c  L2 p4 O  y2 [6 D

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

. k0 |6 B7 z' y- Z  v- p2 h0 q

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

; D; W; l) H- Z

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

: q; S# r; |, m, ^# a4.6、其它重要波形测试：
7 M; F1 c# t( S

AC90/60Hz，100% Load CS 波形

AC230/50Hz，100% Load Gate 波形

' c- \+ K- Y) h4 v+ {

AC264/50Hz，100% Load 输出肖特基波形

$ Z# f1 |* A5 Z- ?, B/ {

AC264/50Hz，100% Load MOS-D 端波形

05、温升测试
2 o; o: F# c3 Z! G
测试条件：带外壳在40℃环温下长时间带载3A 老化。

06、EMI 评估测试

( G) n8 o8 J( t8 I测试条件：
9 _: y' s; l3 w) t: e
4 b0 p1 K; J% a& O- J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）
* S: W0 n  y4 y6 @

AC115V 传导L 相

# h1 Z: G' b1 j: c% }

AC115V 传导N 相

AC230V 传导L 相

AC230V 传导N 相

+ [  q, B) b5 A2 h7 x

AC115V 辐射

1 S1 H/ Z" o5 `' P- _% c" z

AC230V 辐射