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

) P* I* I" m& j5 g2 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。
* t* C  c+ F0 H& B
01、样机介绍

# l. I7 A4 q' T  I# S9 X+ t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。
9 }; ^  w" X* X+ \* d6 b: u1 P

CR6890H_20V3A 工程样机示意图

' h" g' O, _& {CR6890H 芯片
' J) V9 E9 t$ R  N8 H1 ^! _
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
. n6 j& I) V% I0 Z5 l4 R
  S8 h- j9 f9 y- _较低的启动电流 (大约3μA)
6 X+ ]5 @+ ~' t# s
$ o1 H+ b5 k8 V4 ^( H内置软启动减少MOSFET应力

4 R( G9 J2 \$ G带有Peak_load 升频功能；

CCM+PFM控制模式

内建同步斜坡补偿，消除次谐波震荡
/ z1 s( l$ s0 x2 }! E' K- I" d
内建频率抖动功能，降低EMI

- [. O& Q/ r9 b- ^# I. n4 B内置65kHz开关频率

+ O; z+ ?7 T! `轻载降低工作频率
/ V  M) A" \7 B# h/ Q
6 Y( t! ?. }9 {; s! r9 I15ms倍频模式
5 {' j8 Q% l* }3 Q. O+ g2 X" K
& K* H* C/ K) E" Z可编程外置过温保护并进入latch
  d9 g' f0 H) n
VDD过压保护和输出过压保护功能并进入latch

; J& Z: P7 H; b8 ]内置前沿消隐电路
+ X: b! G& P) E3 a/ e$ ~
内置输出二极管短路保护
" r5 v: f" ~0 Y
9 ]9 s1 ^% V, z( y: V内置过温保护并进入latch

过载保护

SOT23-6L封装

, O0 t, ~4 m5 I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
4 V' w9 W9 ]& B, `4 N
AC/DC适配器

6 m8 I4 R+ T. i$ ?  j4 r电机类适配器

充电器

存储设备电源
6 V: H0 c5 {# U2 C
& e) ~  x: L2 ^# a: p/ u典型应用
8 R8 _6 G# }+ g7 B2 C. E% v! A9 F

管脚排列
  n1 r  q2 o! @2 T2 D

管脚描述
2 i& q' |/ |! w0 g/ D2 ?- N6 A
, z6 G. i& b1 v; P% l5 h4 M$ A7 o

- N: s0 U9 g6 W& I* A% R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。
  h& S& b. t' S3 i+ j
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。
+ z5 V& h8 f% Y3 y8 d& T
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。

% g' G! S6 Z8 j* L1 Z7 x2.1、输入特性：

  u" M4 I3 |0 H/ n
# g4 A( {3 E; K( Q2.2、输出特性(PCB END)：
8 D7 o/ G9 D$ _# z8 p  {6 V$ D8 ^7 c

2.3、整机参数：

) K1 E1 |  T  J5 f! p2.4、保护功能测试：

! g8 c2 r& b& T* Q# e8 F2.5、工作环境：
* M+ u0 U* D# }5 t3 l( @% {

; W5 [( {% X" z' T9 B6 _
  ^* W7 C- c" M  U( H2.6、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。

3.1、电路原理图及BOM：

; n. |2 I# d! e4 Q2 P5 C9 @3.1.1、原理图：
3 A) v! |+ m6 f: O0 F9 G0 Z! B
5 k. I% C7 p& [' ^" r

$ ]2 ?* c9 I8 o4 d7 x3.1.2、元器件清单：

' R1 J% ]3 W- c5 k! Q+ k

3.1.3、PCB 布局&布线：

PCB 顶层布局

PCB 底层布局

PCB 底层布线

3.2、变压器绕制工艺：
+ _) D" q7 t, b% K2 _& m. |
3.2.1 电路示意图：
" j4 ^+ \" r! g8 A( M3 B4 r- Z0 {- \

: }3 S4 Z6 ~0 ?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；
# O: d7 ^2 l& A- K. F. h: w# v4）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；
- A0 z7 d0 g* L" {# ~- A6）初级绕组感量Lp：0.6mH±5%（测试条件：0.3V，10kHz）；
3 s- f. Z0 s$ k& [+ |2 x! ~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）)；
& r& G% k' ~# x8 v8）耐压测试= 3.3KV 5mA 1Min；
) {" C* T: y0 x$ v7 ^0 s  A9）成品要求:浸凡立水；

5 T4 S* W1 D+ W  B2 O3.2.3、变压器参数:

8 _+ C7 ~- A7 [! P6 U

$ K+ k4 Q$ ]/ Z2 l  Y  K3.2.4、变压器结构图：

' p& q2 j7 M0 E' R' a8 o04、性能测评
- L5 [4 r$ p: w7 B: ~2 U
+ ~0 ]+ D- E8 _; P2 E) b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。
: d: i/ S8 Z2 ]( \% k  R5 T
- u- n3 b3 s$ Z0 J  d! [7 s9 G4.1、输入特性：
) P2 A7 I# T& V, s$ _
, O7 v9 ~1 [" |: {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。
- V. k+ `7 b2 c# j; l9 A+ v! c
+ h2 d; r, `& H表1 待机功耗

表2 输出接1.5M 18AWG Cable100%负载下的输入特性
7 R9 Z+ p& I% b  X; b

表3 效率测试（1.5M 18AWG Cable）
* F( O2 A6 x3 |

- e% u$ Y' L+ l3 X+ ~& q$ f表4 效率测试（PCB END）

表5 能效等级评估（1.5M 18AWG Cable）
. m1 M8 f6 S$ q5 @/ ?1 k, E" ^# O

, }1 |' r% v2 n( M) m, B4.2、输出特性：

$ \' W, u1 t# J' ~2 K6 f4.2.1、线性调整率和负载调整率: （ 1.5M 18AWG Cable ）
: s0 ~6 h4 L0 s) ?, b. c- z

$ W, n9 B3 s+ m# \1 t6 O% i
4.2.2、输出电压纹波：

8 ^. L! k8 h' d3 z6 {) M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。

1 o0 P$ h: l* z

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

& t3 Q7 a% _3 M" X; t

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

R&N @ AC264V/50Hz,No Load

* q% E- a/ C3 I& c- V

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

% R% y, M# l/ R! A4 ^4.3、保护功能：

% `8 K) C% F# J以下涉及过流保护、短路保护的测试。
0 |6 b, z  C7 V2 r2 S2 _9 L% Y
  E# [* i- O  M4 `8 _4.3.1、过流保护：
' B3 _: N( I) o) ^( m( S

4.3.2、短路保护：
; I  U7 R: {; x$ B5 X
4 C0 W5 d, x$ U3 ?功率计电流量程2.0A,开启平均值模式测量。

) j3 P% h1 m: n% u$ S

4.3.3、Peak_load 功能测试：
5 y/ U# n8 u& F* y
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。
' |$ o* e" P8 h

AC115V 发波周期12.6mS，Vo 最低15.6V

AC115V Peak_load 功能升频151.52KHZ

) Y, W! k* D6 |4 T; _( e5 G

AC230V 发波周期11.2mS，Vo 最低18.2V

' D3 F4 F  |/ s

AC230V Peak_load 功能升频151.52KHZ

" _! M3 H2 \' n4.4、动态测试：

$ _2 H6 u/ s; k% w/ l" }$ T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)
4 x! }6 b8 K: ]4 p6 ]& C
! \* s1 `0 T: E* ?# O

AC90V_5ms

AC90V_10ms

AC264V_5ms

5 _  x- `6 U  k

AC264V_10ms

6 O' {8 B3 \+ g3 }4.5、系统延时时间测试：
0 O6 n5 O0 A& T/ L; h: N

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

- l1 F3 G! L+ m+ s: p5 ^& q6 X+ Z5 F

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

- Z" v8 h8 L" l; C: [4.6、其它重要波形测试：

+ _+ F; q, t" y1 O2 y, a8 q& w

AC90/60Hz，100% Load CS 波形

AC230/50Hz，100% Load Gate 波形

( p$ _0 G  ]4 a; S' A

AC264/50Hz，100% Load 输出肖特基波形

) \% R3 Y- ^) R8 E3 f

AC264/50Hz，100% Load MOS-D 端波形

% y. B& c' l* N3 q05、温升测试

( F2 Z: ?5 k4 y, R  y8 @  I测试条件：带外壳在40℃环温下长时间带载3A 老化。

% I5 ^3 `0 S8 L, j% U  y9 G06、EMI 评估测试

测试条件：
5 h0 Y6 B2 a! y
输入：AC115V/230V；水泥电阻阻值6.67Ω，带线1.5M 18AWG 测试；
1 R! M+ R5 o% S$ _$ @+ \  [限值标准参考：EN55013、EN55022B。（测试结果仅供参考）

AC115V 传导L 相

; D8 J; ~; f' e" ?# t

AC115V 传导N 相

, \: {* L4 u% L

AC230V 传导L 相

AC230V 传导N 相

AC115V 辐射

AC230V 辐射