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

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。

( n) _0 o. Z# r6 z01、样机介绍

: X: f  l- J5 F0 r: X  {) k' D7 j& ^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。
1 k9 i; |8 ?5 B6 k
) b4 k+ X% u4 ]9 i, l

CR6890H_20V3A 工程样机示意图

- Z/ L2 H7 e8 f/ cCR6890H 芯片
5 Q5 t) H# Z- X/ _1 a/ k$ ]4 @  R1 h, c
# v2 y' |( u& XCR6890H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
. x' x/ H( D# }0 g  a
* _2 D# q5 E+ k9 W  P5 l8 h1 W! f较低的启动电流 (大约3μA)

内置软启动减少MOSFET应力
/ K; v& w( H2 n1 L$ P% m2 {8 ~
带有Peak_load 升频功能；
, ~, e7 B0 {0 `
CCM+PFM控制模式
: h, r1 M: G3 z5 n1 [
9 p1 ^# U1 |' R% L* G/ \9 U( I& R. S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
  ~0 {, y' e/ H+ O+ D
" L/ s- c$ ~$ `3 h" N1 m内置65kHz开关频率

轻载降低工作频率
( J3 ]# U$ V. x4 S3 z: {; e+ ~
15ms倍频模式
6 E' U1 ?+ [5 S7 p. I/ g' o0 [
可编程外置过温保护并进入latch
: T) U- D6 y! y6 s5 T9 h
VDD过压保护和输出过压保护功能并进入latch
" \; ]+ l% P1 X
内置前沿消隐电路
. M" x3 n4 s/ n2 H) `3 t; y9 v7 W
内置输出二极管短路保护

内置过温保护并进入latch

! P! T) l- H! X8 X  a过载保护

; k. D7 u& a, ~( O2 A" |% k: U0 Y+ HSOT23-6L封装

4 w4 w  H* l: [: V1 t" s" 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。
. }* y4 E5 o( Z
5 l- w" [" P3 J8 E基本应用
1 K8 r' z% y4 p$ w' a4 S
- e* Q8 b4 H& S2 o+ V7 sAC/DC适配器

, v0 n. }0 {0 A* b) U! i电机类适配器
! O+ F: v8 a8 m3 {3 Z
" W1 u3 g# _( u" j8 ?9 e3 B充电器
* d" f7 [6 ]8 i
: R) M0 Y) Q/ k' H& R; {8 r存储设备电源

典型应用

1 W( t4 R0 O3 n* q1 o- B2 q6 ~& W管脚排列
8 s8 Z. n/ @4 a5 v- w

管脚描述

- h2 T; Q! D! ?6 D

0 |, V% |1 d7 D0 d9 v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。
8 O. X6 x* o9 ~+ z# L/ W
% A$ K0 z2 S3 U7 I# ~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 D7 I/ y( n2 ~& L. |4 T! ]0 R6 Z) ~02、样机特性
* k9 D$ m7 l. G8 f
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：
; B1 G5 L; S# n3 Z% U

2.2、输出特性(PCB END)：
$ E3 K! m5 n& {

' P8 V" ]; i) X& h. M, R, |
1 }% g; ^4 p' Q5 x+ T+ e  Y2.3、整机参数：
: i# `' m% ~: \# c; _

2.4、保护功能测试：
; K" ~' ]9 r! _: P' I

2.5、工作环境：
! {/ G) H% b; e5 t7 ?$ g

  u8 f. {5 C* Z- h+ E* x5 t2.6、测试仪器：

03、样机结构信息

8 e2 a, c( J* w1 j: _; H, ~- 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。

3.1、电路原理图及BOM：

3.1.1、原理图：
& N9 f. C* u. ]+ F
9 P" O; C) l% B5 `

3.1.2、元器件清单：

+ d5 a! z# N" e1 r5 x! A$ C3.1.3、PCB 布局&布线：

2 n0 f$ t( J: a

PCB 顶层布局

. k/ m8 N- K/ `4 L3 |) q  \

PCB 底层布局

PCB 底层布线

3.2、变压器绕制工艺：
3 Z) x! @0 m$ i* Q- g
/ A& D2 ?% q0 P3.2.1 电路示意图：
7 _. I5 e3 k; B- W! ?6 d; O  R

3.2.2 、规格参数：
' G1 g3 j; z/ f( K9 C+ c8 Q' l
1）骨架：PQ2620 磁芯（5+5PIN）,Ae＝119mm²；
5 ]) n7 |9 r3 p) A/ }  C. [2）材质：TDK PC40 或同等材质；
" @. Q8 A7 g9 M: C! Z3 ?3）初级、反馈: 2UEW 漆包线；次级: 三层绝缘线；
) f+ Z3 N. R9 D1 H3 a* a4）N1 N6 N7 绕组从变压器针脚B 进线从顶部A 出线，磁芯接地；
7 x) @" P: ~0 |" O0 V5 q5）绝缘胶带:3M900 或同等材质；
( T. f, {. G  [/ Z( r6）初级绕组感量Lp：0.6mH±5%（测试条件：0.3V，10kHz）；
  p+ }/ y  Q* q3 l1 [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；
/ t. o+ g+ K, D$ E7 \9）成品要求:浸凡立水；

3.2.3、变压器参数:
% a5 u% q; V7 N) l: {

* `  b- W5 {! k8 q' b  H3.2.4、变压器结构图：
7 W# d' i+ w; `- G

04、性能测评

# x9 R2 j% B; T8 ]9 P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。
- v3 Q, z+ Y& \6 |
& k7 {) q9 V& b  H' ]2 s1 X9 |) O4.1、输入特性：
; D1 o" k) J4 O7 t! w7 U
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。
" {3 l3 q+ @0 P1 \% H4 w8 @/ b
表1 待机功耗
( j5 H. S) t8 [7 q

表2 输出接1.5M 18AWG Cable100%负载下的输入特性

7 l% x/ @+ z! T8 ~" p表3 效率测试（1.5M 18AWG Cable）
; f* a9 d& n5 C( |& S( o

5 Q3 |; R2 g. w9 P表4 效率测试（PCB END）
2 {2 |) k3 R& J7 `) b

表5 能效等级评估（1.5M 18AWG Cable）

+ N8 O% O" k1 [! T, R4.2、输出特性：

- @; X. |/ h2 F# N& I" T4.2.1、线性调整率和负载调整率: （ 1.5M 18AWG Cable ）

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。
6 W  B& M7 K# B: X" a

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

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

3 l8 D: a1 U. y0 O8 B

R&N @ AC264V/50Hz,No Load

5 ^% c5 H+ j% U0 B8 I9 I

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。

  E, O3 O' n* ]8 Y4.3.1、过流保护：

: o% s6 ?" E1 S4 H

4.3.2、短路保护：
) W' m( T) q, E. x% x
功率计电流量程2.0A,开启平均值模式测量。

, a9 |" f) U' {; ?0 ~

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。
4 D: [5 G8 g% o# [

AC115V 发波周期12.6mS，Vo 最低15.6V

: n- H! w$ s. ?

AC115V Peak_load 功能升频151.52KHZ

* V( h7 C6 a+ Z' f

AC230V 发波周期11.2mS，Vo 最低18.2V

* E$ G$ x1 ~& M1 ^

AC230V Peak_load 功能升频151.52KHZ

" _" j& l/ L" c8 C8 X: n, L( s4.4、动态测试：
! O+ |1 B  ?- [
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)

' j: a/ K1 ^9 E

AC90V_5ms

AC90V_10ms

/ ^2 q9 l9 E' q' ^2 ~. D

AC264V_5ms

AC264V_10ms

7 M* q5 U7 G' M( y+ a+ {4.5、系统延时时间测试：

& Q7 X: s6 J% T

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

, Q9 u5 ?' ~/ ]9 X& R& i0 T

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

/ b# q! g! N2 A% }0 W( i

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

; @' }8 v$ S5 T& O  T4.6、其它重要波形测试：
. M3 D8 |; r2 d* M
' ?- }2 k) h4 l. f

AC90/60Hz，100% Load CS 波形

AC230/50Hz，100% Load Gate 波形

AC264/50Hz，100% Load 输出肖特基波形

AC264/50Hz，100% Load MOS-D 端波形

5 P6 y0 y. T# a; O8 ]3 T7 M( m2 S05、温升测试
0 e5 |, N; N4 X; n
测试条件：带外壳在40℃环温下长时间带载3A 老化。

! Z* O/ b/ T3 h( m" N# x- Z

5 k0 E7 n7 R0 _* N' W* b06、EMI 评估测试
$ ~& W1 n; K: T- s6 U6 L' n, S
2 ]) `- B: E& U0 Y测试条件：
6 I  s, W. R9 k8 t) H# J
输入：AC115V/230V；水泥电阻阻值6.67Ω，带线1.5M 18AWG 测试；
! H$ d" ^. b) P3 B# F限值标准参考：EN55013、EN55022B。（测试结果仅供参考）
7 d& c+ B) x: s" h# y
* C; [1 z9 w; C4 L( \# c" ^3 U

AC115V 传导L 相

AC115V 传导N 相

AC230V 传导L 相

- f. d0 o: {+ o9 _3 t& y* T$ N

AC230V 传导N 相

AC115V 辐射

AC230V 辐射