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

% q' g0 D/ Y1 T4 ~8 C% `
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
  z+ f/ `$ J  {' u" o$ d4 I3 ?
& K) C- x2 e  m1 P! ?% x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。
  @% D  o( Y3 O. M8 `

CR6890H_20V3A 工程样机示意图

CR6890H 芯片
5 X- C) |5 L; \2 E1 ?0 S
- B* D1 a$ Y! SCR6890H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。
- l, m  b5 o$ q$ }" y
) E; Z5 R) W. \/ V0 b) o( `& B特性
. H% j% ?( g7 D0 a
较低的启动电流 (大约3μA)

" ~# P3 n% l6 x" Y内置软启动减少MOSFET应力
, Q, R3 G$ X' n8 @
带有Peak_load 升频功能；
$ ?  g  x# p+ e5 L
# S3 Q0 Z3 q! I, C+ J9 p$ k, ^8 ACCM+PFM控制模式
6 C* c: `" J. H; {# K
; R' ?$ N8 ]& q' k内建同步斜坡补偿，消除次谐波震荡
! B* e2 R+ q) k+ Q% D/ A/ G
内建频率抖动功能，降低EMI

! F9 r7 o6 ~, E内置65kHz开关频率
% |$ R! n8 a+ N, M" C" I2 H
轻载降低工作频率

6 Y, {; `7 s) M3 N15ms倍频模式

可编程外置过温保护并进入latch
* a& t5 S5 {5 o  ?2 A
: p% \. n5 ?, @! U' aVDD过压保护和输出过压保护功能并进入latch

5 d0 A/ J0 `: D内置前沿消隐电路
! H! s" a8 ]1 w; z& _
内置输出二极管短路保护
8 w& Z) R1 v" \' D; Q! O6 a  e! i
, V' J4 U* U5 S, h6 E内置过温保护并进入latch
& C: r) p) m/ U; u1 \
  V  B# ]+ T+ t4 ~7 e! Z: w过载保护

5 b# s0 X- J6 _: c# Q. VSOT23-6L封装

0 ]' y. [) p- |5 M( A$ W, A  x$ F% 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。

基本应用

* p$ u7 Q, i0 \) y) a* MAC/DC适配器

电机类适配器
" d6 ~8 a" y. l; z
充电器
1 S4 P+ W2 @" L, N; q
  |0 F- o  k6 A3 `9 e9 A存储设备电源
4 a0 o$ l$ P( i# T& v
5 a/ w& C6 [& Z8 K9 j2 Q2 F- E典型应用

. z$ f; a. ^( i/ i3 h管脚排列

$ C0 q7 t. M4 X

管脚描述
6 t, ?5 O! d$ |3 G, F& V. @8 t

) w) q, ^) d; u- c% B; b4 p; j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。

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。

7 F8 u6 H) O% K; S0 ?/ `02、样机特性

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 X  K! [7 ]! F# y" J
2.1、输入特性：
! ^& C# M8 A: r7 |

; R  {" |) h# |$ {- A7 Y2.2、输出特性(PCB END)：

& w7 o1 [  m" `' T. e( k& g
2.3、整机参数：

  o% h, ~" u* q2.4、保护功能测试：

2.5、工作环境：

% O8 d- y( ~' l4 ?
2.6、测试仪器：
* U; X2 F8 X- e* r  [% l. W" l1 \

03、样机结构信息
5 _5 o/ \3 f. v$ S/ B/ A) d
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。
7 k+ ?' ?0 v9 ?' R& F
3.1、电路原理图及BOM：

3.1.1、原理图：
6 A, P; ?0 s, s

3.1.2、元器件清单：

3.1.3、PCB 布局&布线：

# j$ |5 a/ m9 ]2 T2 B

PCB 顶层布局

  x; J% [* E, P$ R

PCB 底层布局

' r7 G9 [! {( _# Q7 }$ e

PCB 底层布线

3.2、变压器绕制工艺：

3.2.1 电路示意图：

3.2.2 、规格参数：
3 F8 ^, }* N# f
1）骨架：PQ2620 磁芯（5+5PIN）,Ae＝119mm²；
2）材质：TDK PC40 或同等材质；
6 E. l( J" w" l8 v' O6 p2 c6 h3）初级、反馈: 2UEW 漆包线；次级: 三层绝缘线；
4 Z  ?) I- h4 G3 Z4 D4）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）)；
8）耐压测试= 3.3KV 5mA 1Min；
# G6 A9 Z5 \. w. r2 X9）成品要求:浸凡立水；

$ o! f/ g6 V1 w  D! G3.2.3、变压器参数:

3.2.4、变压器结构图：
- x" F, N5 }! N& W

04、性能测评
/ y( n7 A8 E; W' w2 ?" H" I
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：
6 A- O# b$ W; R+ J7 r9 X
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。
. Q6 h; L! m3 o& ?' |
- l, }0 r: L( N表1 待机功耗

) W5 w: g( V2 |表2 输出接1.5M 18AWG Cable100%负载下的输入特性

表3 效率测试（1.5M 18AWG Cable）

+ T3 H$ G( j6 R5 g4 E" A* D! R表4 效率测试（PCB END）

$ O" C4 C  ^; f9 x; l2 x表5 能效等级评估（1.5M 18AWG Cable）
  p* N% Q! f8 g3 ]: r' D

8 w. d7 _. `/ [: Z: c7 h( N1 S4.2、输出特性：
$ J' X& f3 s% f& c
4.2.1、线性调整率和负载调整率: （ 1.5M 18AWG Cable ）
, L: X; }8 k; f1 W( E  V

& k+ |5 N5 B- ]2 s+ E: y4.2.2、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。

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

1 J% K( n9 f; ^8 x/ `+ X& M

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

R&N @ AC264V/50Hz,No Load

, p# S5 ~( K7 H3 B2 A5 _

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。
/ y) |: O' m; w: u
+ V* H% l5 H3 z* r/ D4.3.1、过流保护：

* q, z0 _" j9 X5 [' x. a% s8 E

6 g" G" g- H: @! F# {5 j" _. a4.3.2、短路保护：
# V7 A  y1 J4 c' x
功率计电流量程2.0A,开启平均值模式测量。

( i# K3 Q) D! }  \& @

5 d% b- M" C  u6 f! W$ c& r4.3.3、Peak_load 功能测试：
0 k0 @9 _' d% H4 q" T
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。

. f% _" f+ }& f2 P; b. C

AC115V 发波周期12.6mS，Vo 最低15.6V

. v0 P5 @# P. P' [! _( T

AC115V Peak_load 功能升频151.52KHZ

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：

9 p! J8 s! \7 i3 r7 I1 z0 m% U! a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)

AC90V_5ms

AC90V_10ms

7 C) e7 _# J- f, k2 {1 _/ v

AC264V_5ms

. t+ v3 |" M* V9 q, t7 [# L

AC264V_10ms

6 r. O  U* h5 W& E4.5、系统延时时间测试：

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

5 _6 I4 D8 C' M3 T1 s6 b

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

4.6、其它重要波形测试：
5 Z! l$ ~- v& Q9 p/ ?: t
( D% W1 h/ U* c

AC90/60Hz，100% Load CS 波形

) J) Q* Z8 m. _

AC230/50Hz，100% Load Gate 波形

0 I! O, f" a2 H3 i

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

测试条件：带外壳在40℃环温下长时间带载3A 老化。
  h5 H6 \- v/ m5 j: {. M

06、EMI 评估测试
4 p2 ]( |  x/ \7 {
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）

AC115V 传导L 相

AC115V 传导N 相

AC230V 传导L 相

; U% l# [8 V/ Q; V% C

AC230V 传导N 相

6 _/ n. p" t/ H% Q$ v& {

AC115V 辐射

AC230V 辐射