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

, Z& }! m2 I9 w' P: k! F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。
: Y/ ^0 x6 T1 C) S8 Y4 Q
01、样机介绍

" |3 s" [& J0 H9 T7 n/ ]& 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。
! n+ N% n& L8 O* `  r1 U
$ {% K3 u0 h7 r" O2 M) P1 D, X

CR6890H_20V3A 工程样机示意图

9 Y' s+ N6 q! d1 n; g7 uCR6890H 芯片

2 ~  E% g3 @) sCR6890H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。

0 d* v% Z2 d' |特性

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；

CCM+PFM控制模式

1 |0 ?9 ^; {8 S3 ~% U& C$ C内建同步斜坡补偿，消除次谐波震荡

: L+ T1 X2 g% Y$ _1 F2 C; R7 y* i* {内建频率抖动功能，降低EMI

/ U+ S! F& l  |, K内置65kHz开关频率
. K  s; N) a- N  z- R! k
轻载降低工作频率
0 E5 L' G; G2 J( w) l1 b
15ms倍频模式

可编程外置过温保护并进入latch
3 t0 R: X0 p" [% m$ a  l# B( }
2 d$ w+ t5 o7 xVDD过压保护和输出过压保护功能并进入latch

+ X1 `2 C! Y0 j3 g. t* F4 J' J8 S内置前沿消隐电路
; q7 G8 g' j  E: o/ n' U! s3 x
3 e  b8 p/ M' J* z+ D2 Y' f内置输出二极管短路保护

* k/ y: `/ X6 w1 K5 D% H" C8 p内置过温保护并进入latch

- }; n  \) X5 S) f% n; M过载保护
& i- b6 E! \# Z4 u8 \
1 B8 ?- I5 F. c! K0 A0 R# QSOT23-6L封装
6 o3 a9 ~$ L. o% e6 M9 ?
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

% o# h, W) r7 ^0 UAC/DC适配器

- t. o/ E* {* T. G电机类适配器

充电器
4 r5 l8 |- x. c* `, W
7 l/ e" Z& Z/ R2 R  y/ W存储设备电源
: v1 l4 Z) _3 f. T5 r
典型应用

- y: n* D. u1 B3 g, V& s2 p. I% \$ P0 L5 l

4 U$ d  t/ h  F$ Y1 F9 c管脚排列

) g% s2 f, I/ E; b' x

管脚描述
8 Z  C2 j0 x+ {; E

  K' g; @; h2 e- y; Z* C3 W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。

02、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。

1 S: K, t: R+ \9 X% r2.1、输入特性：
' w$ t' T1 d+ v4 r7 l

2.2、输出特性(PCB END)：
* i- ^2 `2 R1 x7 R

2.3、整机参数：

$ {. m( f  q( _* ^2.4、保护功能测试：

2.5、工作环境：
/ g4 e7 E) ~& e/ Y/ }

# e: @0 y6 W& A- m' _
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。
$ ]3 l4 ?* Q3 x' {8 k4 C6 T
/ F$ e4 O! ^  F+ z2 @6 x* I  ~8 o3.1、电路原理图及BOM：

3.1.1、原理图：
/ w$ M, A) |6 @
9 w, ^$ Q8 u) W. s

3.1.2、元器件清单：

3.1.3、PCB 布局&布线：

1 \4 J7 b% _: ^! F5 w

PCB 顶层布局

PCB 底层布局

, ~2 ^4 x* I- ^3 s4 x5 b

PCB 底层布线

3.2、变压器绕制工艺：
) N$ f2 g5 o+ l" B* J7 O7 v/ W
, }% {+ v3 V" X  i3.2.1 电路示意图：
, ^2 ~1 d- q, f

3.2.2 、规格参数：
- w: c  u) y2 d  |  z2 W& S
6 I% \9 y0 _  h  k& {0 }$ k$ 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；
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* ]- M( v8 u, o5）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）；
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；
9）成品要求:浸凡立水；
8 |7 c' c5 K4 h2 n  b
3.2.3、变压器参数:
% I. O( t. ?4 s! c) ?* j# I8 v

& q$ T* M9 ~. h' x( l/ t, J3.2.4、变压器结构图：

& J- |1 i' g3 Z7 c; C8 V5 R04、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。

4.1、输入特性：

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
) a! |0 X6 k8 u( ^! P. a

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）

表4 效率测试（PCB END）

表5 能效等级评估（1.5M 18AWG Cable）
+ j. r$ I6 ^! p" x

, c- P. w3 e$ N4.2、输出特性：

8 f7 ~* U6 u! i, t4.2.1、线性调整率和负载调整率: （ 1.5M 18AWG Cable ）
! r- t+ a/ i- R) y* Z- A9 |# Z

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。
  G& U& Z( Q) q

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

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

R&N @ AC264V/50Hz,No Load

) k0 P' ?: M# N0 N: n5 P, o4 }

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。

4.3.1、过流保护：
- d, {( ~6 b" ]! r

4.3.2、短路保护：

& Z$ f* y4 t* |3 @9 R9 a' G功率计电流量程2.0A,开启平均值模式测量。
9 J, d  Z! M% b. z, o3 O8 k

4.3.3、Peak_load 功能测试：
% x3 T) e" v! Z$ X: r
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。
* c3 E1 e& p5 ?+ @5 G; }6 m9 X* t

AC115V 发波周期12.6mS，Vo 最低15.6V

AC115V Peak_load 功能升频151.52KHZ

5 h" q) y" Y/ M, H& R

AC230V 发波周期11.2mS，Vo 最低18.2V

. W+ A" q; u- H- ?

AC230V Peak_load 功能升频151.52KHZ

4.4、动态测试：

5 q/ q! L, Q: `8 |# S( j$ P2 h; m* ^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)
, u! R- d1 @3 j2 m2 c) {) {

AC90V_5ms

AC90V_10ms

AC264V_5ms

9 `1 `4 m) H5 F& P

AC264V_10ms

4.5、系统延时时间测试：

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

( b% ~. N( v! ~$ |) D1 c) U

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

: R% h! [/ `/ U1 Q3 H2 _! @4 p4.6、其它重要波形测试：
5 r6 u5 z0 U% F) O7 ~# \9 B3 G

AC90/60Hz，100% Load CS 波形

( Y/ R4 I! m9 l5 q" n- t# n" }# P

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

05、温升测试
* Z! K% @- p: y& S4 `9 A. w
1 @0 s, T  P" N测试条件：带外壳在40℃环温下长时间带载3A 老化。
8 ?( o; }" S6 \0 m, M( A, Q
) H3 z. [( d: X1 S

6 X/ S, L" \. b  B2 O3 ^0 Q  t06、EMI 评估测试
* {$ b1 b1 }, X: Q
测试条件：
4 p& S( D7 ?$ t7 H$ A. X- x& b4 y
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）
- Z9 P  o* d$ Z
1 k. a! l- z6 e9 v' A! d1 L

AC115V 传导L 相

AC115V 传导N 相

AC230V 传导L 相

* {( y+ f/ O$ ^( F# E

AC230V 传导N 相

AC115V 辐射

/ \- R+ T6 G+ [, p

AC230V 辐射