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

0 q1 i: }. f! \7 R2 Q- m' e) p
+ D" h2 N- h% J( q% [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。
. l. D: N  U8 R/ G6 K$ g; q
9 N+ U4 m& y2 V% ^& b8 `01、样机介绍
( Y; c- d9 ~* n1 G" }0 A) e
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。
$ C1 ~4 |7 q, U! T) v+ R

CR6890H_20V3A 工程样机示意图

9 H* {1 K# x7 p/ MCR6890H 芯片
2 b/ b7 R" B1 N: C5 J
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。
* M0 Y4 O- E' ~$ T, M% w( l. S
特性

较低的启动电流 (大约3μA)
/ V* S8 O  }' U' L; h. a6 C! ~* F
9 J+ S: B5 p0 b# P内置软启动减少MOSFET应力

带有Peak_load 升频功能；
% v8 u: o* |, [6 ]
" N# P' v$ J8 e; `/ R  BCCM+PFM控制模式
' i2 D( S2 t4 O  O
" \! H% F1 ?& [% s+ J内建同步斜坡补偿，消除次谐波震荡
9 l! o2 d) {( u( r7 M1 _
内建频率抖动功能，降低EMI

9 b. c3 B7 C9 V* M2 V内置65kHz开关频率
: C  p* e: o, f* b* J
% `  o) d! {( r轻载降低工作频率

15ms倍频模式

可编程外置过温保护并进入latch
8 Q7 H* p$ N4 w9 |5 k
VDD过压保护和输出过压保护功能并进入latch

8 {9 z" o$ {$ ]( ^2 q内置前沿消隐电路

1 w% G6 W/ f* Y/ [9 t5 h( U" M: u内置输出二极管短路保护

内置过温保护并进入latch

过载保护

! |, s6 E5 c; r* p9 ~SOT23-6L封装
: N' j0 M7 C/ ~/ j% P" T
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

AC/DC适配器
. H: P/ O- T# ~7 \
电机类适配器

充电器
5 d, ^- d6 @, U
1 Z3 u) S+ @+ \1 c, P存储设备电源

. j9 n- C4 d9 d9 U: r5 h典型应用

- J4 V' ?- B, _管脚排列
6 \0 [( m6 K- Y. m, f4 R  {; p2 C

管脚描述

( ^! m/ |6 b/ }! g' O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。

# W0 q4 k/ k( A, A2 H; ~) a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。

3 t7 k: b. z8 K% G02、样机特性
/ ?# s6 k) x, f* f* [, }9 q
9 I7 n2 U4 v# S+ i8 C; z/ d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。
0 R* a' j( V# k" R1 P
9 T9 M6 C- E6 l. q8 e0 F2.1、输入特性：

% Y, o7 L! M4 x
+ g1 Q9 @6 c$ N# z" ~* P2 ]2.2、输出特性(PCB END)：
1 ~$ }9 {3 \7 u% i: E+ K8 {$ A

8 v% ?/ o. a! c. w
0 @. m" E+ y* _; {6 }4 K9 J4 p/ h2.3、整机参数：

. q& U  u/ d- n- z2.4、保护功能测试：

, z2 i' E* r0 M6 |2 F2.5、工作环境：

# O8 v  L) L7 {1 ?* C  O
6 m: L, }3 x2 g: J( r+ Y2.6、测试仪器：
' F9 R( w( b0 B" R

03、样机结构信息
% v, Y" N5 W9 @. h2 o3 R& ]
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。
! A; C5 p2 z" c) z' L
3.1、电路原理图及BOM：

3.1.1、原理图：
6 Z1 c5 @/ B" ~4 y

3.1.2、元器件清单：

  J0 U# X( U, j! f9 V3.1.3、PCB 布局&布线：

PCB 顶层布局

+ d9 I, z; U8 ]0 Z$ m5 _

PCB 底层布局

( U: V* |# v* ~8 {( ~

PCB 底层布线

3.2、变压器绕制工艺：

7 ^+ ^% ~9 m7 V: C$ E3.2.1 电路示意图：
5 s: Y! x$ G8 a, j# s, e

3.2.2 、规格参数：

1）骨架：PQ2620 磁芯（5+5PIN）,Ae＝119mm²；
" {* u3 Y& e) u. C. r3 A8 z2）材质：TDK PC40 或同等材质；
, h' J% ]: b( W7 a5 b4 ^) O' z3）初级、反馈: 2UEW 漆包线；次级: 三层绝缘线；
5 S3 d: m, W: a* K% 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；
/ d! I4 }6 ?/ y( j) v5）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）；
# t- }3 W2 E7 L" S8 r6 K7）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；
7 G$ F0 w( P. W! n3 V5 a3 y8 Q
3.2.3、变压器参数:

" M" W' r1 r5 o2 T8 n3.2.4、变压器结构图：

/ V. E! J2 ]& n4 Y$ `2 H* R4 h1 y04、性能测评
1 c8 |+ y5 l' L8 W0 Y$ C! N
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。
( t% U# r" F* g, p- R* \8 ^: c
4.1、输入特性：

, q+ ^; O0 Z- w; N) ~; j' V( \& `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。
0 y' z1 c6 _1 i+ f* I5 k
表1 待机功耗

* o' I/ E3 @8 t表2 输出接1.5M 18AWG Cable100%负载下的输入特性
/ V. U. u& Q. D# C

1 q# Z8 `. @' L% I表3 效率测试（1.5M 18AWG Cable）
1 M# v* c  s) v/ E( r# D% T+ Z- O

表4 效率测试（PCB END）
. [6 ]% \$ h1 C8 e3 a- t/ a$ w

( ?: S% n: `* Z- t5 z" H0 ?6 g表5 能效等级评估（1.5M 18AWG Cable）
2 i  g5 X4 T* n! z) ]6 E' j

( p7 B' E/ t- i; F: d" A4.2、输出特性：

& D+ S! u7 j0 ?6 f7 `4 Z) f9 ^4.2.1、线性调整率和负载调整率: （ 1.5M 18AWG Cable ）

8 U& i9 s6 `9 Y6 O( _5 Q
4.2.2、输出电压纹波：
! h- x2 e* A4 i( ~, C
* m# m+ Q' A3 T: P. b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。

+ C, s. B: c. w8 i

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

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

* ^3 @. Y9 h) ^8 b' l

R&N @ AC264V/50Hz,No Load

% x3 U: |; ?2 S$ {

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。
- E6 C* m/ G, d& s
4.3.1、过流保护：

% B; u/ j/ h( b0 `& p/ ~) h

8 N, N% o1 o; r+ K" k  L4.3.2、短路保护：

功率计电流量程2.0A,开启平均值模式测量。
! F6 ~6 X+ t3 M
/ V0 ]3 d8 `1 K7 j/ g3 ]

5 v" ?! G' W( S1 A! {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。

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

, ]7 x6 J! o; f6 n) T( \2 ^1 U# o& }

AC230V Peak_load 功能升频151.52KHZ

4.4、动态测试：
( _8 \) i" O0 @
6 }$ y& _6 T/ ^% d/ s2 Q0 q7 I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)
- Z; w; u7 z+ M( ^# x! P
# P8 b$ Z! O( Q3 ~: `

AC90V_5ms

AC90V_10ms

; t% D9 b4 f% m+ S; _0 I# f

AC264V_5ms

% r% d: L2 i4 Y) t

AC264V_10ms

# k; S6 v9 v: w3 _0 l: S4.5、系统延时时间测试：
3 [2 [8 j5 V, d5 r8 x0 N

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

) [8 z) Y+ q# n

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

3 H0 a3 |3 t2 W- L4 f/ N) q4.6、其它重要波形测试：
# h7 [1 P1 t( }  ?' V7 t

AC90/60Hz，100% Load CS 波形

5 C& h; b) r- {4 j

AC230/50Hz，100% Load Gate 波形

" I9 ~% w8 b+ @

AC264/50Hz，100% Load 输出肖特基波形

' x% Q7 b5 h3 V  g  H

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。

$ S- d% O% t9 X8 U

& w' }6 V$ q- {* X, b7 X06、EMI 评估测试

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）

: b) d& H9 |! c5 _

AC115V 传导L 相

( F! y# f# B8 ?: i1 F2 H# B

AC115V 传导N 相

AC230V 传导L 相

# |0 `) k; k5 o3 J1 V

AC230V 传导N 相

2 m1 T4 A- h$ Y# Y5 d- b, ?

AC115V 辐射

AC230V 辐射