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

, s3 r$ w8 r: t% ]- 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。
# B5 k+ T4 A* ]; d
01、样机介绍
) }3 |3 ~5 X; E' P
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

8 D% h6 J2 z+ d% xCR6890H 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。
2 m# u' I1 o  H$ {5 U1 x( s5 x
/ F7 n. j* g( x, a+ K特性

较低的启动电流 (大约3μA)

/ K! u$ g4 M# R内置软启动减少MOSFET应力

带有Peak_load 升频功能；
6 \5 n5 F' `5 f; ?: ]4 g1 W
CCM+PFM控制模式

内建同步斜坡补偿，消除次谐波震荡
6 c( i% f' g3 u1 o
$ W, m* F* n+ \$ u' {内建频率抖动功能，降低EMI
! V. Z2 _8 b- P
内置65kHz开关频率

( c" D6 i/ @# Y! a5 z3 g+ Z轻载降低工作频率
9 d) l$ m9 K; R. d* e* @
15ms倍频模式
3 f0 \3 v" }( x
/ ]# J% {8 i: j1 G# ]可编程外置过温保护并进入latch

; t: M/ d1 {  F3 X8 T+ B- nVDD过压保护和输出过压保护功能并进入latch
% _( k* B# C7 ]% s8 ^0 |, C
内置前沿消隐电路
4 O9 |; l5 h1 I. |# n
! m/ p. D) F: G7 R2 ^. L8 Y内置输出二极管短路保护
, k, ]) A) F; F' E+ P3 P& X
内置过温保护并进入latch

/ O( l& x) y$ H1 o1 Q过载保护
, `8 W' S$ U0 \! c
SOT23-6L封装

4 C3 F* H1 A7 N$ 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。
3 _4 e$ m& m  |7 b8 n
- b7 a/ s( J( g基本应用
7 A+ H- T# ^  _9 |. n
6 X6 j, G  i5 d& d! PAC/DC适配器

电机类适配器

充电器
! Y$ O/ p0 s+ ~5 S1 U$ l
存储设备电源
# e+ {! k  D: D
$ B  v+ ?3 E% r! s+ y典型应用
+ I  m: l. T" d2 a9 Z4 r  b% G5 H

! u8 E5 _/ b& r7 E: G2 u2 T. K  ^管脚排列

管脚描述
: C8 Y) }* X# {
+ H, N4 G0 V" B  m

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。
' O, [" {" H2 G2 N! 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

* [9 n% W; O8 m7 Q2 w5 \9 Y, _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：
, E. ~% ?/ D. o6 B8 f7 }

2.2、输出特性(PCB END)：
/ y- W  ]0 B( \8 E, O

- L5 {. I" `7 t1 i8 E9 f
9 w% q, c, s- c1 b* j9 P2.3、整机参数：
4 b% B9 v* E7 w' L7 R

0 E: ?/ i! T- r! s5 `2.4、保护功能测试：

; |! o& C8 X& U% f0 G2.5、工作环境：

/ x( Z( f" ~. p- ?5 Z/ J# o0 Y
2.6、测试仪器：
7 n! T- e; k. v/ b: H6 _( W4 y

03、样机结构信息

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。
) F4 e2 E, G: H3 q% f
3.1、电路原理图及BOM：

: F& T2 v& J  h6 i/ ]3.1.1、原理图：

3.1.2、元器件清单：

7 }0 i. t5 ]2 e7 x

$ a! d7 c5 |: H; M4 a4 s3 h( s0 ?3 Y3.1.3、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：
# x; x$ J7 s/ O) W0 h5 h% d" |

3.2.2 、规格参数：

1）骨架：PQ2620 磁芯（5+5PIN）,Ae＝119mm²；
& ?/ K4 k+ Z, f6 F' z5 u: `3 d2）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；
) z0 b4 P6 R; Z3 C4）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）；
' u6 t. {; ]* |; s+ t3 q8 l7）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）)；
4 r2 ~: r- F; b4 b. K8 Z! z/ |- f% W8）耐压测试= 3.3KV 5mA 1Min；
9）成品要求:浸凡立水；

3.2.3、变压器参数:

, `: E0 u1 K3 T% c% ?

3.2.4、变压器结构图：
1 K, R& C, S& r1 G5 m' F& b

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。

4.1、输入特性：

  P/ {5 [$ f8 ~7 ^5 k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

表2 输出接1.5M 18AWG Cable100%负载下的输入特性

. g! m; f7 J9 W% s表3 效率测试（1.5M 18AWG Cable）
) q: w/ W+ ~) ?( Z) s: S

表4 效率测试（PCB END）
1 t: P3 g% o4 E/ |. e! z- O" ~

% P' v( y0 o$ G5 F4 I表5 能效等级评估（1.5M 18AWG Cable）
1 h6 a1 g* R6 i, h8 H

4.2、输出特性：

- M$ |! K/ E& Y9 h3 J* U4.2.1、线性调整率和负载调整率: （ 1.5M 18AWG Cable ）
; T% `! ~: Q" Z* [

& S3 f: l  x1 A5 r2 w' d; h. x& G( y. J( w
4.2.2、输出电压纹波：

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 C; g. \: f# r3 w
: ]3 b' C# B, i7 I& S) r

$ v! E2 _$ l  C; Z) K

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

- E( a! d( N* m

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

R&N @ AC264V/50Hz,No Load

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

4 h7 r5 C% Z4 @: a$ l, s$ e4 I4.3、保护功能：

以下涉及过流保护、短路保护的测试。

4 ?- p/ W0 V% A3 G3 }, \; N, d4.3.1、过流保护：
9 T2 E- s3 V- Q! A' R! K! a
8 W1 _+ t) _8 M9 p5 B$ C

4.3.2、短路保护：
6 L6 y  Y8 O! l
4 p9 C5 n# N% B, ^/ ]功率计电流量程2.0A,开启平均值模式测量。

" b/ B) Q9 i  v' w7 C( Z8 {

6 Q' D% X8 I" ?! C# O  k' W4 v4.3.3、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。
* p; B' r/ N, z0 e# e
2 {1 l/ a6 f1 ]6 e

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

6 i7 ?8 p4 v9 `; X

AC230V Peak_load 功能升频151.52KHZ

! X) k& H. p" h0 h3 ^0 G+ P4.4、动态测试：
. o1 T8 s* y8 X
, [! ~6 _  y9 E9 u4 W& [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)
0 Q* O$ o( y: x5 Q

AC90V_5ms

AC90V_10ms

AC264V_5ms

AC264V_10ms

% f" E' k% j8 G; O4.5、系统延时时间测试：
1 W- _+ [8 `& o, n( [# h

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

% E8 `! x' d. z( G3 z) v

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

4.6、其它重要波形测试：

" \. u' q1 D  B. q

AC90/60Hz，100% Load CS 波形

( q$ D8 a- ], R3 I. O+ L

AC230/50Hz，100% Load Gate 波形

9 J8 ~+ W* n: x* V. B3 ?! |. q1 I* w

AC264/50Hz，100% Load 输出肖特基波形

AC264/50Hz，100% Load MOS-D 端波形

7 v& l6 M1 v8 s5 r, n05、温升测试

& ~: P) k6 C  M* w, h0 {测试条件：带外壳在40℃环温下长时间带载3A 老化。
( A( o) z& ~# ^6 c: u: C

06、EMI 评估测试
2 e' ~! h4 ?. ]+ i# ^( `8 E* e
8 v! g9 c' ?; g0 B# R0 @测试条件：

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 ^  p. F! d- k$ L! ~1 I

AC115V 传导L 相

AC115V 传导N 相

AC230V 传导L 相

AC230V 传导N 相

7 t* {& T: x( l1 w

AC115V 辐射

AC230V 辐射