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

: I: {( d; e+ Q& m: |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。

! ?6 X5 n7 P1 x01、样机介绍
" x& ~4 y. ^' Q* }' h1 b! Q
$ |9 m$ S0 ^  j6 S/ A7 @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 y  m- r# q) |/ T8 q$ ^

CR6890H_20V3A 工程样机示意图

- ?8 J4 k$ G- {3 F3 A! Q8 W6 CCR6890H 芯片
# J2 d5 a# P/ C7 U+ [' l
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。

特性
. K& \& I; V+ J  T" Y
较低的启动电流 (大约3μA)

内置软启动减少MOSFET应力
  z# c; Q5 N* r1 m
9 z# G1 F( O  C4 I# M* ~带有Peak_load 升频功能；
! N+ L. e* v4 R- \, Q) k
CCM+PFM控制模式
' K/ V& K- E  ?. T' u
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

内置65kHz开关频率

轻载降低工作频率

) }: R2 {* F% p2 n) z3 P- D+ F15ms倍频模式
' W+ W" F, @' C8 Q; G' I
可编程外置过温保护并进入latch

  l1 m2 I9 R/ m" t1 k$ MVDD过压保护和输出过压保护功能并进入latch
% ~3 n4 w1 l: j5 I% X
内置前沿消隐电路
+ c7 m& A4 I  R4 d  ^4 j
内置输出二极管短路保护
* a" Q+ ?5 u) H' A2 t: s4 O
内置过温保护并进入latch
' x3 N9 H# o! I2 i0 i
过载保护
- E8 _5 x; H7 U
0 [; R* C& q. ~+ I* }3 aSOT23-6L封装
& H# N( y0 R; C8 ~* v: B% ?( e& x& |
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

8 T7 R* e8 |/ e6 x5 P9 S7 z电机类适配器
% U, Y' m7 s+ w' N
充电器
3 I8 p4 f* n9 r+ r# e
4 l" @( x0 u) G; H& L0 K存储设备电源
( Y0 v, ~1 ~5 R. o2 b3 j
典型应用
  V5 s3 J6 K- T, t( z8 y  T
7 Y5 n& ]: N8 {

3 w- t7 x9 t3 x1 a8 I0 K2 v管脚排列
- v: R8 }5 y, c+ R
( J& a3 E. |6 Z7 O# T

管脚描述

8 r' f9 d8 H9 ~$ P* ?0 [2 c0 \

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* H) \$ G0 t; @
/ P% J; O) M4 _8 r- b; u& f) L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。
2 K: k( T/ Y0 r& {1 ?2 m1 L
: t/ ?* X7 ?- E) V# X4 R# M02、样机特性

( A) Q9 y  h! C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。
6 Q) I( |( s' Y' @2 J5 C
2.1、输入特性：
% [# |9 ^- B! u* c/ g5 M

0 U( f4 i# M7 b5 v2.2、输出特性(PCB END)：

8 x, U2 {- ]5 P5 L6 b6 f  [8 S( b
2.3、整机参数：

& I5 V, @+ R* c5 I0 l2.4、保护功能测试：

2.5、工作环境：

, o" v# y2 T0 y. I* Z7 ~2.6、测试仪器：
' s/ {7 w* A/ S

03、样机结构信息
( X0 B2 P0 R8 W8 O
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。

( N: w! N  G- ?# d' c3.1、电路原理图及BOM：

3.1.1、原理图：
; D) W7 w& i' B& K
$ q  T- n6 P2 y1 `2 u7 @& s* ?

' D/ y7 ^( m, N1 E6 H& Z) v) e3.1.2、元器件清单：
, G2 H. P  f; H9 j; q
( r* O+ K$ Z1 F4 i, E0 ~' c, N- ?

( W# X2 v, \. X6 C3.1.3、PCB 布局&布线：

PCB 顶层布局

# \+ G& H* D, w1 h) v

PCB 底层布局

; ~7 `, h( N% Z3 q7 R9 I5 [# ~

PCB 底层布线

3.2、变压器绕制工艺：
: y8 P' _8 @9 P9 \
3.2.1 电路示意图：

5 w1 W, x, N- Y# F. a/ z3.2.2 、规格参数：

! V% k7 l4 u+ y" ?4 F% E; Y1）骨架：PQ2620 磁芯（5+5PIN）,Ae＝119mm²；
2）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；
* Y% ~  l, H9 v9 s3 {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；
6 ?' `- z& A  n7 o5）绝缘胶带:3M900 或同等材质；
- `7 s2 J* E0 ^$ J- |4 A5 s9 _) v6）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）)；
* b  ]' W& ^$ x- M2 f8）耐压测试= 3.3KV 5mA 1Min；
! ^- ^; A  O0 [' n0 M4 _9）成品要求:浸凡立水；

3 }5 D: a" r# v5 D+ Q6 p3.2.3、变压器参数:

2 r* {6 A% K$ L6 E- `3.2.4、变压器结构图：
1 _5 \" ^, W& K8 `  `; F# u) R! r! T( |& M

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 ]+ l# A9 v4 |( F$ J: H: C0 l
, j- A. n/ t- L' [' _  w% ]4.1、输入特性：

; ]4 Y8 t. Y6 S# l: s' P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。

( p* c! e3 S; w表1 待机功耗

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）
/ x1 s, T5 M3 e! H2 b

表4 效率测试（PCB END）

2 F% d1 \- e! |9 o- e+ g/ f, \表5 能效等级评估（1.5M 18AWG Cable）
0 Z% o# x; I' l' r! X2 S. q: q

8 V+ Z7 s7 U" S9 h  E# h4.2、输出特性：
; t; e: E9 ~% h6 ^6 B* P8 e
- [" a; N. p4 x( u+ v4.2.1、线性调整率和负载调整率: （ 1.5M 18AWG Cable ）

4.2.2、输出电压纹波：

( f% ~. a3 T% F( r$ o+ }' [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

' o5 w- b4 w. s' J$ ?; B6 L3 e

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

9 ?2 j: l8 u! A

R&N @ AC264V/50Hz,No Load

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

* t& W, R3 q3 F5 ?% s$ S6 _! j4.3、保护功能：
6 i- S9 B3 [5 u) @+ N9 q  |/ ?
) R* S/ q/ K0 N以下涉及过流保护、短路保护的测试。

2 ~9 s5 G) ^+ U  R4.3.1、过流保护：

3 C' R, Y+ ]* n# ~6 v4.3.2、短路保护：

功率计电流量程2.0A,开启平均值模式测量。
' o. F5 s5 Z* j+ j1 D% o
" T- ?; e2 f; a5 s" e0 g

: M0 G! o+ ~8 c* b8 Z& t4.3.3、Peak_load 功能测试：
. M# i8 J+ a! i8 F. I6 Q0 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。

2 ~3 C8 O5 H% b; A

AC115V 发波周期12.6mS，Vo 最低15.6V

% R! q% B( d" V3 d; l* S

AC115V Peak_load 功能升频151.52KHZ

3 k: l5 O: w6 r# y* s- `

AC230V 发波周期11.2mS，Vo 最低18.2V

$ e! Y. X+ d! _

AC230V Peak_load 功能升频151.52KHZ

- L8 B5 ]$ H* O0 g2 w( t$ [4.4、动态测试：
# p/ U1 Q* J/ n6 a$ I& a/ b- h
+ I$ |$ [" M4 h' {+ j1 X# S) ]* U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)
$ x* d9 r" [0 @: ~2 o- M
1 I5 z! |  v: @3 n/ F2 n

AC90V_5ms

AC90V_10ms

, g% a6 F& t# u+ Q: H

AC264V_5ms

* ^# S/ {# h/ {9 s% D  O- j

AC264V_10ms

5 C0 h7 [6 E+ g6 @* \* }4.5、系统延时时间测试：
( G+ v7 z7 P* ?6 l  d

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

" C& \! J4 `% _

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

9 ]" }2 s7 b+ A6 A3 y

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

* m8 I( F% C, h( t

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

- H$ T& C* n* X& l4 H$ G4.6、其它重要波形测试：

* Z4 M  g- e! _) U/ i

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

. W+ s* H! B( O0 g- V; e$ l% G; v+ F

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。
. g0 ]5 e  l9 q% u

06、EMI 评估测试

; O7 Q! i' W+ w% G5 I9 s测试条件：
+ E) g' \1 v* J6 [0 F5 X: r8 b
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）
5 x. H1 R0 J- o; p6 b3 R
( m% e- O& T+ `( |

AC115V 传导L 相

, f5 v2 ?1 M/ }$ M

AC115V 传导N 相

AC230V 传导L 相

AC230V 传导N 相

+ W& A" x; R, R  o) a" d6 I

AC115V 辐射

AC230V 辐射