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。
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01、样机介绍
+ g+ n. \9 S3 [; A
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。
' z% Y1 Q* _. j5 @' v0 [( W

CR6890H_20V3A 工程样机示意图

- [' c/ K. b1 H& |) o! y% tCR6890H 芯片

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。
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6 i7 d" K; [# Y; R特性

* E6 D5 a" V% Q$ U1 C' Y, g5 m较低的启动电流 (大约3μA)
  N' H' ~; y/ d. Z0 Z1 X$ [7 y
内置软启动减少MOSFET应力
' A7 G( w, [, K
带有Peak_load 升频功能；
' t0 ^5 k1 c5 F2 W' u' O! ?
0 F! {; d  y( x! C! Y/ ]CCM+PFM控制模式

内建同步斜坡补偿，消除次谐波震荡
4 f* B4 c7 w6 f' l+ L% ~9 X
! C5 t* i: [/ ?( C内建频率抖动功能，降低EMI
9 r/ d$ m+ x2 }$ |* G
( B; y2 A3 F; g内置65kHz开关频率

轻载降低工作频率

: `, c0 s% @' S+ e) S4 Y& B  H15ms倍频模式

: m9 N0 y) v4 _& c! C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

; o$ y' j0 L5 g; w内置过温保护并进入latch

过载保护

3 Z+ N  y, {) M+ V$ BSOT23-6L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。

9 ^& Y6 R" T6 @% p基本应用
, }2 n# V, P5 r/ n5 C
AC/DC适配器
" K  \: n7 ]; K) M, g* B
电机类适配器
% A5 @1 Y" L- U3 z* s
充电器

存储设备电源
8 Z1 c  ?& E  }/ Y: S
典型应用
  \4 s7 ~% q9 D( K8 ~1 C5 U

0 S5 `9 o, I+ R$ @8 E管脚排列
. u! t: b% X5 N. M  z
' [( y/ ?7 o0 Q/ K  i

管脚描述

/ y9 p3 p) w3 y3 {7 e/ F* T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。
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' [) z, h! a/ }% t  T02、样机特性

$ n5 m4 d. ^: y4 j9 [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。
5 M* Z& V- t' D! N) s
2.1、输入特性：

/ E) v6 q$ \2 P( s8 m
2.2、输出特性(PCB END)：
+ ~( {& a# i; H2 G. @1 f

7 C1 `' O, p6 ~1 A* ^2.3、整机参数：

8 S& W, S' v7 V& k9 l; x& [% _: M  N2.4、保护功能测试：

2.5、工作环境：

9 G2 d8 m+ R9 `
2.6、测试仪器：

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。
2 j, \' k, k8 Z
3.1、电路原理图及BOM：

! n8 r" s% i) b. o2 [3.1.1、原理图：
" ?, f4 Y: U- b7 B9 P

) f  f3 o$ n4 e+ r1 _3.1.2、元器件清单：
% V6 x, g. k! j; z8 K+ s1 @. r# d

+ e1 a* N6 _' e; D: c3.1.3、PCB 布局&布线：

) y* J; v4 |. t9 S: [5 D

PCB 顶层布局

PCB 底层布局

+ [3 g! Q# ?2 N, G. T

PCB 底层布线

3.2、变压器绕制工艺：

1 K/ H2 d1 s+ x) \% }3.2.1 电路示意图：
5 [: `4 ?! p5 X. d" _/ r

4 W$ R& O) c, Y- q2 j& F3.2.2 、规格参数：

1）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；
/ G  v/ y/ B2 f4 f" m: J4）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）；
& e. r' ?9 F, o( w: `4 D7）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；
' ~9 N# {& ]4 o( W5 X! l
  q* Z1 y  |; ^: H( a2 s) ^& t6 f3.2.3、变压器参数:

5 I0 v. q9 z. S8 m, }3.2.4、变压器结构图：
# o9 X* q# b8 b0 v" O; W

04、性能测评
" K$ ^) }7 f; [( F
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。
1 b6 T' t: n7 t+ i) p
4.1、输入特性：
0 a; \! \3 [9 A7 i8 x# \
7 b0 F) N6 G6 u! N* l) M4 l0 L& ?0 A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。

表1 待机功耗

表2 输出接1.5M 18AWG Cable100%负载下的输入特性
: k3 m* U* d) }: r) }9 S

/ p( \3 p: N4 h* B( q: a" x, d- P表3 效率测试（1.5M 18AWG Cable）

: E2 O3 [8 E) ^2 I! u表4 效率测试（PCB END）

* \' N% o, _# }: j表5 能效等级评估（1.5M 18AWG Cable）
0 y4 U4 q. g5 c" l5 L

4.2、输出特性：
7 g2 O- m$ S% N1 _* `5 @
4 X( C6 k, f* ]0 ]4.2.1、线性调整率和负载调整率: （ 1.5M 18AWG Cable ）
2 O0 G, o" j6 \( y3 P+ s

. z1 M( f4 v' G  X) u
0 O3 l% F. `* i6 N4.2.2、输出电压纹波：
/ h- I$ b! L, d1 d( \
# ]3 J% ^7 h- r. K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。

7 y) s1 N# P, ^$ F

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

. a$ j! O) v5 s9 b" [

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

  v. D3 S0 k  ?! ^+ k

R&N @ AC264V/50Hz,No Load

( a" I4 r  e' [& w3 g

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

7 \1 A! O' y0 X; }4.3、保护功能：
; M1 b8 g% O/ K0 h
) t. t) S( ?5 Q) j以下涉及过流保护、短路保护的测试。
- o, L% P" t( ~
4.3.1、过流保护：
" h+ ~4 a# {# M  X; a. W
' j" j: n1 _; ]8 h' m

4.3.2、短路保护：

功率计电流量程2.0A,开启平均值模式测量。

# J4 F0 x1 K$ I2 M6 T) ^5 V2 P6 ]

) c# b4 R  g" i; F) O: D5 N4.3.3、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

AC230V Peak_load 功能升频151.52KHZ

4.4、动态测试：
) _  B& ]3 S2 h
* L2 H4 b/ ^- E$ K6 E$ [1 j8 q- z5 O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 R% a3 ~3 h: |  W

AC90V_5ms

AC90V_10ms

' {4 h4 E0 i5 T+ l  u1 _8 J, a/ ]

AC264V_5ms

AC264V_10ms

4.5、系统延时时间测试：
/ R9 t) Y& a4 E. Z& d4 u9 c
! B4 U( k- ]8 C& h% S

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

; Y, Y9 u) a$ L2 t& \0 F1 r

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

+ q8 O% s# c; e0 y4 g) ]4.6、其它重要波形测试：
- L6 ?5 E, b3 q2 g6 L& q

AC90/60Hz，100% Load CS 波形

3 |8 c. B/ R, E. L. d1 i

AC230/50Hz，100% Load Gate 波形

* s( q. j# f+ @. Y

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
8 ~6 A; y5 J) W
8 }; _2 S3 V5 {: R5 K3 t测试条件：带外壳在40℃环温下长时间带载3A 老化。

9 W3 {6 Y2 f. y

- a4 S$ u  D3 \/ u6 T8 C06、EMI 评估测试

测试条件：

' R) ?" Q" f; d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）
3 K9 o/ H2 q1 S& m; P
" N9 k# z5 {: ^  f! F5 g  ]) M% U; y7 A

AC115V 传导L 相

AC115V 传导N 相

$ e: _8 b6 u, u; _2 h" H& L

AC230V 传导L 相

AC230V 传导N 相

AC115V 辐射

AC230V 辐射