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

+ |' S" v( i& 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。

8 R: `3 g1 g( I1 i4 j) {; H01、样机介绍
( t! B0 G$ o7 E  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。
; l2 r' ]9 i) ]# \% I

CR6890H_20V3A 工程样机示意图

CR6890H 芯片
1 E3 r4 F9 t9 x1 y% x" Y
2 T" P0 @% S( h9 FCR6890H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)
: X/ N: {  g+ q) b
内置软启动减少MOSFET应力

: _+ u! K% _( S带有Peak_load 升频功能；

CCM+PFM控制模式
) v9 F% b' r- P- \( `
内建同步斜坡补偿，消除次谐波震荡

" U# M$ e1 j6 W6 L* W9 T% d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
" M+ q! E3 x6 q
15ms倍频模式
  R( r8 R" \+ G$ q
$ `' [3 T2 e- e* ?# t2 b" a# H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

内置前沿消隐电路

内置输出二极管短路保护
' k" {) I; a* \7 P1 C2 n3 F
内置过温保护并进入latch
5 O8 w7 s8 n" {
" I. Z, q. v/ j4 d" S过载保护
" K0 }6 \: G/ r, e( h1 H% K
SOT23-6L封装

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 `( z3 f1 w7 H. j6 z0 l
基本应用

2 i! R. E& r: W( q# bAC/DC适配器

2 m( x7 \6 q  L: v8 v8 w电机类适配器

. B4 X6 r5 w4 h1 n# T& _' J充电器
6 i7 D# u1 p7 T' ]3 h* o
存储设备电源
- q3 a! Q( Y7 x' v  @. ]5 B; W. g
; l" x8 b' ?6 e; m1 E. L典型应用

" D7 b3 M& v9 h4 [6 ]9 I+ [

管脚排列

管脚描述

5 e5 d3 E" t9 j( a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。
- b) U2 g) z) [& R* d
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。

" e* p" f3 X  [  x' r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。

5 ?( O. a: {: p# ^02、样机特性

) X/ ]; y; R5 j( L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：

2.2、输出特性(PCB END)：
# {7 i) m5 c& k! P3 I) n5 s+ n

3 L. D3 a) Q+ |6 W2 y- Z( o
2.3、整机参数：

) v5 N  P& |( H  B$ n  U. l- a1 [2.4、保护功能测试：

2.5、工作环境：
1 i2 ~5 @6 I; Q

% n- \4 w  |" q8 [
+ M+ B. w; ]1 M+ ^' z7 Q; l; X3 J2.6、测试仪器：
0 f' A) [+ b% W9 z2 A

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。

3.1、电路原理图及BOM：
  J; `0 @+ q  d; r+ y1 a. o4 |, d
  o" B- l* W+ c& b% c3.1.1、原理图：
% r- t& w# p; N- N! d
: n8 V9 D/ S* N" x! H( j" L! P

3.1.2、元器件清单：
4 F4 j# o0 ?4 G7 B9 }$ w

( \; i2 I3 w) ]: q8 F3.1.3、PCB 布局&布线：
+ k$ @! }2 V! T- C6 n

PCB 顶层布局

PCB 底层布局

4 D6 h4 {- k5 L8 y$ a5 Z9 a

PCB 底层布线

3.2、变压器绕制工艺：

3.2.1 电路示意图：
: Z7 l. N% u0 ~( h3 T) \+ ]2 m

3.2.2 、规格参数：

3 m; `+ R5 E2 ~# M1）骨架：PQ2620 磁芯（5+5PIN）,Ae＝119mm²；
8 _/ d" B/ i4 I# U) s0 x* o, A2）材质：TDK PC40 或同等材质；
9 ?% G4 E% k! B! n6 ~5 ?3 r9 o! o3）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；
( l6 U; B: h, c# w1 @! |- l0 s8 f: g5）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）)；
% m& S4 O* x4 V' O/ i8）耐压测试= 3.3KV 5mA 1Min；
9）成品要求:浸凡立水；
  D8 i  ~& m5 r1 V" }
( T+ T! v) D+ \- f' |- O2 j7 e! ^3.2.3、变压器参数:
6 E- [' w8 g! |" i3 w2 B+ T2 D) K
! t" {; `/ [5 f/ o6 c; `* Q4 {

2 C$ O, J1 v5 @3.2.4、变压器结构图：

  A1 L3 s& o0 \1 C+ G% w% c04、性能测评

0 s: ]& v7 J( \, r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：
( B& w& N) u/ t: h# s
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。
9 v( o, K( ^5 L- j, G
9 i1 J8 {' F+ Q. z表1 待机功耗
' v: F7 {' I0 R& h" j1 o3 n+ f

9 W3 }  g8 V( B. ]% {4 l, h表2 输出接1.5M 18AWG Cable100%负载下的输入特性
8 f  k- N/ `2 J1 c3 \2 ?

1 r  B& ]+ s! W1 |3 g表3 效率测试（1.5M 18AWG Cable）

$ N, Z' u+ g) z' r6 q表4 效率测试（PCB END）
8 j4 [. B9 v# H) J5 u, w  x) H

: |0 p& z8 L5 t0 ]$ c! S. m2 B表5 能效等级评估（1.5M 18AWG Cable）

4.2、输出特性：
- m5 k5 w: v7 i0 l
4.2.1、线性调整率和负载调整率: （ 1.5M 18AWG Cable ）

; n- i5 `9 D7 K4.2.2、输出电压纹波：
7 M1 F5 X5 ]/ n, Y
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。
' S: R* ^) b* ^: x0 J
6 V2 A& f& q% m0 A7 {+ E3 }  _

! z3 W/ o1 e5 W3 N2 J0 N9 T1 b

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

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

2 X) y. Q( w' }- Z( ?. H% S

R&N @ AC264V/50Hz,No Load

9 P9 x. q6 l0 a" T4 S% g1 J7 s& i

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

1 M) N& O7 y: k+ k! r. [- r4.3、保护功能：

8 o' l* l4 s+ @! g  _9 `以下涉及过流保护、短路保护的测试。
% N+ T2 e6 X) g$ C' R% _
4.3.1、过流保护：

0 U& C% {$ e) |8 T  Q3 T

4.3.2、短路保护：
- s* ^8 O, \6 ?
功率计电流量程2.0A,开启平均值模式测量。
3 b* w/ D; q0 P  L

3 m1 q4 C& h7 i) i4.3.3、Peak_load 功能测试：
% Q3 Q+ j1 @; O% O
0 x7 T4 a( C1 w! y6 [, G- i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。
9 I9 |% c7 s: ^; F7 m, o6 [
3 @+ a. T+ S# c+ }5 q

AC115V 发波周期12.6mS，Vo 最低15.6V

2 |9 V$ f) n; T2 f+ Q# S5 B6 M

AC115V Peak_load 功能升频151.52KHZ

AC230V 发波周期11.2mS，Vo 最低18.2V

- T1 d. _; w& E: i0 ~, T0 ]! M. t+ V

AC230V Peak_load 功能升频151.52KHZ

4.4、动态测试：
3 |% O- r# U* \$ E3 c+ p) m
2 f% ~3 |5 E& L+ C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)
9 |( \- A8 f* K

AC90V_5ms

AC90V_10ms

AC264V_5ms

9 b% D  T/ X) Z

AC264V_10ms

4.5、系统延时时间测试：

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

9 n# w0 k5 a/ ^; `

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

. y. `4 E. W1 v0 x* L

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

$ }) P! g: S- n3 C; k( c7 l: a: z/ m

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

, ?/ e) X: l; u4.6、其它重要波形测试：

AC90/60Hz，100% Load CS 波形

: ^3 }: Y! H9 j* ?0 w# [; J

AC230/50Hz，100% Load Gate 波形

  _3 ~  j; M+ p  F2 f

AC264/50Hz，100% Load 输出肖特基波形

) h2 o+ t4 p5 n$ y4 }

AC264/50Hz，100% Load MOS-D 端波形

1 x* L5 }, `, p3 T: a5 ?05、温升测试

+ n9 Y) _) G$ @1 g测试条件：带外壳在40℃环温下长时间带载3A 老化。

% d1 L! k; e5 {

06、EMI 评估测试
  P" s# e) O+ s9 F" R
. u' |* ^& X( M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）
( e5 R$ L! o. a# c; R3 j+ Z
/ ^3 ~! |3 G) B! M- C

AC115V 传导L 相

4 C0 }- _$ W1 y$ |" C1 E

AC115V 传导N 相

% \4 R  O+ [& t7 m

AC230V 传导L 相

4 }  t7 }% ~4 ^! G) q8 L

AC230V 传导N 相

0 Q+ g3 o& \; Q! ^% \2 o; j

AC115V 辐射

AC230V 辐射