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。

01、样机介绍
- \5 N" O6 p9 W! @5 d0 |
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。
% v7 b4 Q* y5 }* O

CR6890H_20V3A 工程样机示意图

* {0 f# t( @/ S% X  fCR6890H 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。

+ k- c5 D* E8 T; r( E特性

, q0 m% H+ y  X较低的启动电流 (大约3μA)
; H9 C( |, S  q
内置软启动减少MOSFET应力

. c& Q1 I) Z& V7 `' B. K' @) N( {带有Peak_load 升频功能；

CCM+PFM控制模式
7 G) n6 _, E1 p  d0 u
内建同步斜坡补偿，消除次谐波震荡
: L" x1 w, b* U+ E: R
' V$ X$ F, e/ X. G内建频率抖动功能，降低EMI

' u: F* J" O, G" ^内置65kHz开关频率
5 z) J2 ^: b7 F& @
轻载降低工作频率

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

内置前沿消隐电路
8 A# d0 }5 [# K: m, B
内置输出二极管短路保护

内置过温保护并进入latch
( M8 ], m. A; j  |# t
* K; y$ v) o( n, x5 ^7 x1 J+ c0 S! g过载保护

SOT23-6L封装

7 e( l& D0 H. 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
: s) ~; g  d& v! e  Z) [
AC/DC适配器

电机类适配器

充电器
9 H# J: l- y% S0 m9 J! B! j( }
$ ~$ O, i3 d  ~" ^( s存储设备电源
0 {  M: R% T( |8 K3 q2 Q' {; @
典型应用
! W& g, V* z1 L& D: Y( q

7 D$ `1 q: `" m$ ^- h- H管脚排列
. V$ `5 x/ G5 z3 a' {. ]0 y# d
1 H* T( w. M! R- C+ |

管脚描述

3 S- H0 a( G0 h+ K- |

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。

- m+ d! |6 s/ k# ~- ]2 \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。

* f* v  g1 Y5 [  k8 C+ t* C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
% U3 {  {1 ?; H. M* @6 ]
- N! [6 ~! N6 U9 I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。
0 b$ [8 ]# [  l# I' i  b
2.1、输入特性：
* B2 t! A: m* ?: F

2.2、输出特性(PCB END)：
3 Y5 b1 r1 ^/ L4 y% x) o& i% ~

1 x) L/ w$ ~) [$ Y6 Z3 l/ z0 ^
2.3、整机参数：

8 H: m$ H. s  Y* g2 g  Y0 p9 N2.4、保护功能测试：
8 B* X" V! U! s" U$ e

$ n4 m% O1 F# M7 c; B2.5、工作环境：
/ T: @: }& G' c& }, X

- o- H; c' D2 I! Y: X- c
9 F4 [8 f+ K* P0 w6 _! S$ A2.6、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。
  J/ ^5 x4 |* @. {9 B; @& |8 }
3.1、电路原理图及BOM：
4 j( J. j+ x' T2 {
5 q( W5 e! m) z5 z! E$ x3.1.1、原理图：

! G6 v* U. ]/ T! w1 W; h

* A0 t' S% E* E2 X3.1.2、元器件清单：
0 R, W& Q- }  x: e

3.1.3、PCB 布局&布线：
3 K8 ]" K! I# k' r5 |/ y0 r
; e; B( Y2 @3 F( p: b  @% O

PCB 顶层布局

5 w* @' k9 H- V; d  a3 c: K

PCB 底层布局

PCB 底层布线

3.2、变压器绕制工艺：
" J$ Z) b% m; i! R" `4 \& j
! W( _2 P5 {: u4 Q, y* R3.2.1 电路示意图：
1 {( }+ c; z- f8 e

: x; S0 P4 R2 c! Q' [* j) B7 C6 V/ Z3.2.2 、规格参数：

2 Z/ i! Q: A4 _/ D. n% S9 z1）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；
$ `0 i* i* n5 ?* D" 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；
8 L, |3 L1 @. q& ~5）绝缘胶带:3M900 或同等材质；
) b9 _0 e$ r8 w2 T8 M6）初级绕组感量Lp：0.6mH±5%（测试条件：0.3V，10kHz）；
1 @& ]6 W2 @# Y6 Q- Y; W7）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；
. e4 N9 W$ r' I$ Y! z7 `
3.2.3、变压器参数:

7 y  q  ~0 t- y1 [5 v

3.2.4、变压器结构图：
- V7 M2 j  _) K0 u% d/ Z1 \

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 A: n% x* q5 B: B2 v3 P4 W
4.1、输入特性：
& ~7 `2 ]# D# s. [% i/ n
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。
7 E, P3 y) w* a+ D
表1 待机功耗
; o) H! z6 c# \5 j" b7 }. D4 ?! @

表2 输出接1.5M 18AWG Cable100%负载下的输入特性
: E, E7 f+ A+ {6 N' A

表3 效率测试（1.5M 18AWG Cable）

0 L$ m- L6 Q. b8 D# N表4 效率测试（PCB END）

' R1 A  r3 Y6 H% q% D表5 能效等级评估（1.5M 18AWG Cable）

1 g' s* W; Q, _3 V4.2、输出特性：

4.2.1、线性调整率和负载调整率: （ 1.5M 18AWG Cable ）
6 S* J5 Z- ?3 x% p0 a9 j

: J, [$ X0 \3 P! N: \8 L
4.2.2、输出电压纹波：
0 a" M) S1 }' |) }2 N% B
  J9 l# M# L  e  f& h& R: N) p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。

3 |. @+ r3 {4 p1 ~% S, H

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

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

R&N @ AC264V/50Hz,No Load

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

4.3、保护功能：
$ K' _1 w5 n* m# o0 j
以下涉及过流保护、短路保护的测试。
" L3 Y1 x/ h: c! k5 M
+ f* E% I( x7 a; [4 D6 F/ n4.3.1、过流保护：

4.3.2、短路保护：

" A9 D1 O" L+ h5 G: q2 ^3 N功率计电流量程2.0A,开启平均值模式测量。
; b7 ?3 S/ Y6 E) `/ X

) J4 S1 d( u* \+ R4.3.3、Peak_load 功能测试：
: {1 A- o4 @- _6 K0 n9 `0 q+ D
/ T) z7 N" a/ M  U7 L# M; z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。
7 @4 F- h. r2 ]6 A
1 r; D8 A+ W+ t7 K2 w/ y2 d- d

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

4 ^6 A+ X+ y; j" V

AC230V Peak_load 功能升频151.52KHZ

4.4、动态测试：
; W0 z. L* H- b) ^- L  q6 A+ [
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)

/ a) G! N1 ]* b+ y- x/ L

AC90V_5ms

AC90V_10ms

AC264V_5ms

AC264V_10ms

4 q3 z- A/ x) o0 W7 J# T- V4.5、系统延时时间测试：
7 C7 j9 C+ k9 Q& k- p

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

& ~; r3 I  p! U1 r

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

0 V& b" K5 n! y$ |% D& e$ H8 m

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

) N4 k" e* H+ w: d- f

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

4.6、其它重要波形测试：
) u2 H  d& N% k7 \: I6 H" f
9 M# m% g" `! e: ~

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

! v  e" Z2 ]8 }* ~; D( K05、温升测试

0 Z6 I9 V0 F* J3 g测试条件：带外壳在40℃环温下长时间带载3A 老化。

3 V- i( F; p; d& V5 S" a4 r! X/ @06、EMI 评估测试
' a. Z: `1 y% p3 K2 x' m8 O
; l% H2 t( k7 k- ]1 p6 v测试条件：
# z# O% G3 I3 z5 |% y7 @* w* ^
# x- ]$ W: p+ D1 e输入：AC115V/230V；水泥电阻阻值6.67Ω，带线1.5M 18AWG 测试；
- x/ z/ Y" A, J+ @* B) K限值标准参考：EN55013、EN55022B。（测试结果仅供参考）

AC115V 传导L 相

8 U! L( z4 G- s+ g' e* X9 H# H

AC115V 传导N 相

AC230V 传导L 相

) k) [) Q2 X9 H# w  y4 n

AC230V 传导N 相

AC115V 辐射

AC230V 辐射