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

) m1 V: }5 j! {2 j  G* Y; B4 k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 F% Z& j( N9 A5 ^3 A' B2 d
, u' e: w4 g) S! }+ F01、样机介绍

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。

8 v, J+ [: p2 f0 @' n, k' x. ~$ s

CR6890H_20V3A 工程样机示意图

CR6890H 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。
' s& `) @1 k+ L* z7 M5 A% T
特性

" ]7 X: N1 ]- T较低的启动电流 (大约3μA)

内置软启动减少MOSFET应力

带有Peak_load 升频功能；
" S, r$ H* ?. r/ H% f, z# p+ E% r
0 J/ O0 }1 _: [4 a. x3 wCCM+PFM控制模式

内建同步斜坡补偿，消除次谐波震荡
- F3 w2 q% g8 T7 I8 z9 q7 e
- \- E- R5 Q( o' ]6 ~内建频率抖动功能，降低EMI

内置65kHz开关频率

: }  N8 {" C0 R# @) {/ x* y# J9 G轻载降低工作频率

. y6 z% e. ^8 E! R$ S7 Y8 `15ms倍频模式

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
( V+ k5 \2 m, E  X
内置前沿消隐电路

) T( V3 R7 h2 G6 _2 \' D内置输出二极管短路保护
7 N3 i7 v. {0 u1 ~5 F7 N1 J( b
* F- i: t9 R& R内置过温保护并进入latch
2 P7 ^; a- N. A* ^! y* {0 V
+ ?6 ~" |" ]% g  n1 l7 ?! r过载保护
  K: S" `: F# h8 f
SOT23-6L封装
) u  @) I& e% n/ j4 z. P
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。
6 O. k8 X2 o& Z# H* P$ g
基本应用
2 t1 n5 q& E1 O' G: v* O' W/ R
AC/DC适配器

电机类适配器

充电器
$ f  {! r- K% m" D5 D& u  w/ i! d
存储设备电源

# e' j5 K" i1 D  H* P0 Q典型应用
/ e. X2 s. ?: M4 c; H! R( J

3 h' P8 j. H& j8 f  p0 t9 K管脚排列
% O% n/ L' _4 w# I

管脚描述

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。
- f: g7 Y  C: R. U# Y! K; r! Y
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。
4 Y. K  Q: l: }. H6 P; ~6 ?9 i3 \" z
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。

* F: I, I+ `( h, ?% A# Y* G" e% E02、样机特性

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。
8 w7 j  s" I2 }% w8 _
2.1、输入特性：
& Z; d" z6 }' G) e+ x

2.2、输出特性(PCB END)：
* s; j# m# A4 X" ^! E/ S

' O0 f$ A/ A! Y: T- E; I1 \
' u. U+ U4 C7 r  b2.3、整机参数：
3 [9 \+ `4 f1 z7 W" F

2.4、保护功能测试：

; f8 w; \0 U1 ?  F# p2.5、工作环境：

6 L' f( s8 i& E( [; p
- U8 h) V) `* [+ a: Q1 x2.6、测试仪器：
) Y& j' I6 g$ {6 R. m' K9 ^

03、样机结构信息
4 g$ c! k7 W# N1 U
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。

1 n, q! b7 J: K3.1、电路原理图及BOM：

3.1.1、原理图：

3.1.2、元器件清单：
' I8 |6 W) I3 C$ N& {' y" f+ F
8 @; y: M" `, H$ v

6 m: \9 Y  d- ^% {3.1.3、PCB 布局&布线：
! Q/ \5 b% ?/ z$ j- c

PCB 顶层布局

PCB 底层布局

PCB 底层布线

3.2、变压器绕制工艺：

: g" H# t# ~" Y. c) }* D3.2.1 电路示意图：

3.2.2 、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；
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；
; s% \* P2 P" l" s! S7 x9 K5）绝缘胶带:3M900 或同等材质；
2 a; k# K9 S+ K6）初级绕组感量Lp：0.6mH±5%（测试条件：0.3V，10kHz）；
/ t' `0 \+ S8 ^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）)；
( N: I: O1 R% ^& B7 U7 o  i8）耐压测试= 3.3KV 5mA 1Min；
9）成品要求:浸凡立水；
1 h9 }+ W9 B! `+ }
- n( r+ Q) [; P; F3 z3.2.3、变压器参数:
# H) o! ^/ i7 }5 H1 Z4 A
3 h: d; W8 w* n8 ^5 k. T

, F5 m. J$ _, t/ ^/ B$ u2 K( n1 v! K3.2.4、变压器结构图：
& m" ^$ p) l1 Z

  n' p5 U0 {* P0 n2 q04、性能测评

( @8 y: X+ m3 W7 A( x( ?( l0 I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：
+ ^! ?/ o7 k' }4 q  D3 A1 Z5 W
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。
4 n8 z5 `& l3 e8 z; ]0 d
* r9 N# q8 q% y, n: Y$ H表1 待机功耗

8 G  A# t/ @/ x6 N0 O表2 输出接1.5M 18AWG Cable100%负载下的输入特性
% M# G' Q0 t9 p# v% E- u" G/ Z& p

3 d& y, b8 P0 G表3 效率测试（1.5M 18AWG Cable）

表4 效率测试（PCB END）

表5 能效等级评估（1.5M 18AWG Cable）
2 [( t5 E9 F7 U* a3 G$ ~

2 f- `( Z4 K- M! S4.2、输出特性：

4.2.1、线性调整率和负载调整率: （ 1.5M 18AWG Cable ）

( V. h9 H0 `3 k/ D; E2 _
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。

) m- @7 S, S7 f$ D, u& c7 _3 q

( H3 z: F1 G  p, y% o8 k

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

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

& ]$ t; B" g% r2 x

R&N @ AC264V/50Hz,No Load

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

; q: W' r+ b* _  j* [4.3、保护功能：
, T2 F% K' v* b0 M5 v( V5 W0 Y1 q
% g# ^# v! B+ Y6 d4 G5 K. ]' `以下涉及过流保护、短路保护的测试。
- G; Q! h9 C; r
! V8 {: S3 X# g" D4.3.1、过流保护：
4 i+ y: {3 \: t" `9 S

  Z% e! `5 d' X/ {4.3.2、短路保护：
; \( d9 ?6 K1 ^3 G) c$ s
功率计电流量程2.0A,开启平均值模式测量。

3 B* P; ~3 D8 q' j, i, ~. J6 Z

  E7 S  s8 E  X' W# R7 {' C4.3.3、Peak_load 功能测试：
2 f* |# `% O- s8 R0 \
0 n% p% x4 @) Q- Y& C) _. k6 W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。
6 R+ p6 [. M7 a6 C

AC115V 发波周期12.6mS，Vo 最低15.6V

+ t( Q+ E, e3 F  L

AC115V Peak_load 功能升频151.52KHZ

AC230V 发波周期11.2mS，Vo 最低18.2V

4 n( T/ a! Z4 p# z, Q5 e6 r

AC230V Peak_load 功能升频151.52KHZ

4.4、动态测试：
2 y9 D* ~& v7 g8 m7 }% m
/ H# p8 r) ~; J0 y5 r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)
2 V( e- d! t- G! ~6 y& h! D

AC90V_5ms

AC90V_10ms

AC264V_5ms

AC264V_10ms

4.5、系统延时时间测试：

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

) }9 R7 Y3 h2 H/ @+ Y0 ^

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

3 J6 w( h5 o7 F. l

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

4.6、其它重要波形测试：
* C% w: B  _0 l( I- r
+ U3 [1 z- w4 _4 c2 b- W

AC90/60Hz，100% Load CS 波形

! r" B) \4 Y' R/ p

AC230/50Hz，100% Load Gate 波形

AC264/50Hz，100% Load 输出肖特基波形

/ Z* n- i1 M) ]/ R- n( f0 q

AC264/50Hz，100% Load MOS-D 端波形

. m* u9 s+ m7 k! y1 }05、温升测试
4 ~2 p$ C9 e" f/ V7 b9 M* ^7 C1 ~
测试条件：带外壳在40℃环温下长时间带载3A 老化。

06、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）

: A& x. M% g8 Q( ^; ~0 _& [% p

AC115V 传导L 相

AC115V 传导N 相

" y) K# q' {" Q4 \, Z8 C1 A

AC230V 传导L 相

AC230V 传导N 相

( u0 d5 l& z3 X$ t

AC115V 辐射

' s- Q2 U8 j& |* W, a

AC230V 辐射