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

8 C" X* l( u' ]: p( }0 F( p1 q
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。
4 d, R% E4 B, i* z3 n8 J
01、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。
. f2 `. o# _7 q4 N8 ^7 ^
: Z6 A. @7 Q$ g# O& h; M/ K1 p

CR6890H_20V3A 工程样机示意图

CR6890H 芯片
/ I' X- b  T- V
; j4 Y. _0 K/ F7 F5 T& x  fCR6890H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。
( I9 y9 M9 O* d4 R: \1 I
1 h/ N, {& W) ]; w4 q特性

# r4 T0 Y; S4 y8 h较低的启动电流 (大约3μA)

内置软启动减少MOSFET应力

7 ]& m7 C3 N$ |" K4 g带有Peak_load 升频功能；

CCM+PFM控制模式
, x& `. I+ t0 o7 H1 c4 y( Z
内建同步斜坡补偿，消除次谐波震荡

$ ~$ Z+ e* S, T2 c: N内建频率抖动功能，降低EMI

' x9 h% q% D! Y# {5 u4 g7 x# i' s内置65kHz开关频率
0 y: i% E. J5 o8 U2 q" A7 F4 g' e
轻载降低工作频率
- {1 ?; N- }( t! E! ~
15ms倍频模式

* u* `6 Z8 [5 h8 C7 U可编程外置过温保护并进入latch
' j  P8 o8 V8 D- Q$ y
3 [( ~$ e; Q( S1 ^$ e  YVDD过压保护和输出过压保护功能并进入latch

0 `1 p/ s' w9 i0 b# U  `7 k' H内置前沿消隐电路

内置输出二极管短路保护

内置过温保护并进入latch

过载保护
+ S9 s9 J8 `/ g
SOT23-6L封装

; {. |7 o1 d) j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
9 @, W9 {1 z/ q
; S: b8 E' B$ v3 I# Q! VAC/DC适配器

电机类适配器

' w3 Y" M# _% n& D; }0 A1 E充电器
( V" L+ |* s8 @7 O6 a
4 x$ i- Q$ p  j: y) P0 f5 ^6 M' s  n存储设备电源
# P4 B8 V# Y% B! S; A( O/ {6 K# d" n
典型应用
3 H! ^9 z9 v9 L( H. F

管脚排列
6 ?0 n- y# c8 P) M

管脚描述
) D& N7 R9 Z6 b6 x6 ~5 u
1 s5 l7 {+ `8 i0 x: ~. Y" L

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。

# @+ z- q& Z( p02、样机特性

; D! K- S$ {) J0 j" ^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 j8 Q+ X  i) S  A( p
& u6 B; k- y5 P" \( c0 j0 i6 t2.1、输入特性：

3 Q1 d1 x9 u7 j9 ]6 O* `7 H2.2、输出特性(PCB END)：

4 \* K  ]  _( ~
2.3、整机参数：
. y+ D) ~; N% q3 Q# ]+ J- \, \

, R/ Q( H( k% T% P7 `! x# L0 m2.4、保护功能测试：

3 |6 V' Q( y7 `7 ~0 C2.5、工作环境：

2.6、测试仪器：
: @9 S( d# K5 o8 e( w

03、样机结构信息
3 i$ g( o4 u, r( B! B
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：

3.1.1、原理图：
; D# a( D3 i5 G/ `$ B' Q

3.1.2、元器件清单：
% L# h- X5 {* d/ X$ B! {1 n
- K9 Z5 C- y' k- r! I3 ]5 \4 a' V

3.1.3、PCB 布局&布线：
# n# j; D* L  W  b4 ~

PCB 顶层布局

PCB 底层布局

PCB 底层布线

3.2、变压器绕制工艺：

1 Z6 e) p% m  N3.2.1 电路示意图：
0 X2 _9 Y  |, r0 a# @7 W

3.2.2 、规格参数：

- @4 ~2 [! |+ D& g1）骨架：PQ2620 磁芯（5+5PIN）,Ae＝119mm²；
# j3 w/ [; W2 B! c2）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；
0 b: V' q/ ?) f$ F5）绝缘胶带:3M900 或同等材质；
0 Y) p( ^, U+ e/ A6）初级绕组感量Lp：0.6mH±5%（测试条件：0.3V，10kHz）；
/ Z, ]) O) [; I. i3 C7）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）)；
9 B+ e1 o% E3 l) K! }% y: ]9 B8）耐压测试= 3.3KV 5mA 1Min；
9）成品要求:浸凡立水；
* B1 U4 v2 _8 F  f& D# ]& g+ K+ }1 a
2 e% \. h5 r" o  b4 V3.2.3、变压器参数:

3.2.4、变压器结构图：

( o0 i1 A, z9 N+ [$ S04、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 o: b, D1 ]* p9 A4.1、输入特性：
. `2 v( K6 z- S; A
4 n$ ?' f4 V  `: U1 N3 x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。

9 I% w0 a* ~) {: O* k( g9 a表1 待机功耗
) W3 a! ?& H0 [

" Y( _5 A3 i1 l& |. }表2 输出接1.5M 18AWG Cable100%负载下的输入特性
9 A: j- ?1 L" \4 v1 n6 [0 o- P; a: N

9 u# K- q/ M8 X# O( L9 }1 \表3 效率测试（1.5M 18AWG Cable）
6 f! V4 K% r: X, d, Z2 E' n! ?! Y; S

表4 效率测试（PCB END）

) w; z, ^' f* D  b8 p4 l: ~+ Z) n- b表5 能效等级评估（1.5M 18AWG Cable）
. D0 ^! _; x' q3 F- ?) a2 M  l

" p6 u$ {) B* N. I2 N0 ]' P4.2、输出特性：

7 x) q$ X) y2 s% W9 C  r% y4.2.1、线性调整率和负载调整率: （ 1.5M 18AWG Cable ）

9 F3 T# Q( r9 E! e% u0 C# C
4.2.2、输出电压纹波：
0 e1 {4 D* L0 ]: B& Z
2 e2 p# C$ S. }0 f) ]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。
) R7 F* z* S( O4 L. }. n0 S

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

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

R&N @ AC264V/50Hz,No Load

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

8 s0 i; N, k6 j8 y4.3、保护功能：

以下涉及过流保护、短路保护的测试。

1 Q3 X  {1 \$ }7 n: Q8 N9 z4.3.1、过流保护：

* Y3 L# }* L% _& ]/ E

; W+ _1 q+ w) z* o8 l4.3.2、短路保护：

/ Q& s8 F' R  s5 R+ W4 H% `功率计电流量程2.0A,开启平均值模式测量。
4 J6 q3 l/ n% W9 B+ g& e4 ]
, l$ y. ?2 ^; ?  ]% }4 a/ G5 q

4.3.3、Peak_load 功能测试：
: }7 f1 J- C+ X6 G0 M: H
3 m  o2 a8 [  X! 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。
8 Z: ?" d1 A/ o7 K  f: n- p! s% x

AC115V 发波周期12.6mS，Vo 最低15.6V

  e  d& R# y9 S

AC115V Peak_load 功能升频151.52KHZ

AC230V 发波周期11.2mS，Vo 最低18.2V

# L) i' O. F) ?

AC230V Peak_load 功能升频151.52KHZ

4.4、动态测试：
3 {. `* J) v6 @- K' J7 E6 I
+ h5 R3 h7 S  V% ~, l! Q7 s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)

7 [$ A1 r% D( g$ M/ d

AC90V_5ms

AC90V_10ms

5 ]1 _9 h4 Z' G

AC264V_5ms

AC264V_10ms

; o' K3 E$ K: o4.5、系统延时时间测试：

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

2 Z& U& K% i. m* f& p; o, v

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

5 N8 Q. m) q  h- `% L& L4.6、其它重要波形测试：

AC90/60Hz，100% Load CS 波形

AC230/50Hz，100% Load Gate 波形

# }" q" w. L, T' {& \- t" T' [

AC264/50Hz，100% Load 输出肖特基波形

' b6 }+ G2 n, n. |: \( j6 w

AC264/50Hz，100% Load MOS-D 端波形

05、温升测试
1 L- d! X( y+ J7 d
- I5 Y) U, J7 C8 L& q  O# r5 P测试条件：带外壳在40℃环温下长时间带载3A 老化。

' s$ j# ~2 I' S" y/ V: P5 Q

5 \6 V3 t' A) E, H2 L  I9 N06、EMI 评估测试

5 U9 E& H! E1 u( j% ~! ?测试条件：
7 L7 o/ |7 e$ N& T3 P) Y
输入：AC115V/230V；水泥电阻阻值6.67Ω，带线1.5M 18AWG 测试；
* _: h( `+ t# w" h7 C$ o/ [' O- }限值标准参考：EN55013、EN55022B。（测试结果仅供参考）
5 d3 D, O0 M% N0 X# ]

AC115V 传导L 相

+ k  D4 {  _) {' o

AC115V 传导N 相

$ [2 g: \9 A! i2 Q( R* m

AC230V 传导L 相

AC230V 传导N 相

' V( z  V1 y# G8 N# U; v' u, u) y

AC115V 辐射

AC230V 辐射