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。

+ M; p+ c, Z5 r) v- e2 P" h2 I01、样机介绍
& @% ^+ v5 m  r
7 Z2 n( Q, @# K; O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。
& x( q9 ?4 j) A: \4 N

CR6890H_20V3A 工程样机示意图

- L, H. x1 [8 b# A) w2 SCR6890H 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。

特性
8 O  [) N. F* o4 Y
3 P2 W; D( y& l2 W, Z* Z较低的启动电流 (大约3μA)

内置软启动减少MOSFET应力

9 w' v; I" ?: j. D& ~带有Peak_load 升频功能；
- d" R2 D  W6 ?$ N$ f8 {4 @
" l1 P9 l2 o) h$ Y: k7 LCCM+PFM控制模式

% x5 o8 c, r( B% I- Z4 N. L; L内建同步斜坡补偿，消除次谐波震荡
0 ]1 b( f' d+ H6 Y+ \3 f4 r
0 }. q/ f3 D0 d, {& z4 Y内建频率抖动功能，降低EMI

( @  c6 Q/ \  U5 z" g内置65kHz开关频率

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
8 e+ J6 ]3 }. t6 d) ]) S; I8 C0 K
* I3 M2 k  Q; ^! f9 z8 h& r" M1 [# \内置前沿消隐电路
3 [* |: B& X7 f8 O) N) V
内置输出二极管短路保护

内置过温保护并进入latch
: v, B1 w" T( S& b$ y! B1 V3 ^, o
& r' Y6 q3 i3 W/ L6 h. K* u过载保护
  p+ i9 z* w/ E+ o/ b% v
SOT23-6L封装

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

AC/DC适配器
% |2 T/ n/ a% L9 k& G: P
/ ^" O* i: z7 h, O4 D电机类适配器

充电器

存储设备电源
: V. E4 g, i1 \! I, r" U+ d  U
典型应用
6 {. g- J( p+ K; w4 D; K
" W( Y& v* X' ?

, p3 @. z; T- X# j管脚排列
5 u3 ]! }7 P! ^( m) U# }9 S$ x
9 D/ r) Z0 K) Q6 j) j' X9 i

管脚描述

3 V5 n; A' _* t& r* g" u( i

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。

5 J8 l+ W, [% I" e7 k* n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。
7 r; m# \# g2 d( n. s3 ~8 O* w, t
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。

4 p6 _; @2 Y- [8 T02、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。
+ a3 I: k; V( c7 d7 C( |$ s! W
& V/ _$ o5 `9 K- Q# m8 M( r* }% S* Q, {2.1、输入特性：

2.2、输出特性(PCB END)：
5 D4 V; [9 c+ ~

; X) u! I  D1 L9 {* N/ G2.3、整机参数：

2.4、保护功能测试：

2.5、工作环境：

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。

( M. z! A4 k  \3 d( e. e2 j& g3.1、电路原理图及BOM：

$ `! U9 Z% h: g4 K, n8 y) T3.1.1、原理图：
% ?% {: N1 w' a& g8 V2 `# o
4 N& k3 h+ j5 l' t/ |

3.1.2、元器件清单：

3.1.3、PCB 布局&布线：
; h8 C# o  _) D1 M' l. n
! ?9 H; y. T( q- _; j. i. V

PCB 顶层布局

PCB 底层布局

PCB 底层布线

3.2、变压器绕制工艺：
- T8 k, z& x- S% J  V' X, ~# I
3.2.1 电路示意图：

3.2.2 、规格参数：

' Q0 g) |7 x, p  ~1）骨架：PQ2620 磁芯（5+5PIN）,Ae＝119mm²；
2）材质：TDK PC40 或同等材质；
6 e& e1 H* `1 X3）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；
! v1 z. d1 r9 B; [& H5）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 V0 n4 d2 m6 l; n& l5 R7）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；
6 q) f, C/ z, j4 S+ U2 t9）成品要求:浸凡立水；

+ C* t) Y# R* q1 E3 a: W3.2.3、变压器参数:
5 P; s1 i7 g% n2 I/ m: g5 B4 v& o
( ~# b+ J7 o( k/ ]

3.2.4、变压器结构图：
; X# ?6 N& ^8 @) w# L1 @# N

* ^) X: X7 x8 ?' n8 n04、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。

% a  ?. e3 G) n1 `; C4.1、输入特性：
6 G( \: F2 W. m$ H7 u# S" i
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。

3 H2 Z$ `2 _& s5 d: B表1 待机功耗

表2 输出接1.5M 18AWG Cable100%负载下的输入特性

6 l( |2 u% b8 j0 d  q( ?表3 效率测试（1.5M 18AWG Cable）
* }, g& p& X9 _& d# \% m5 ]2 H

表4 效率测试（PCB END）

表5 能效等级评估（1.5M 18AWG Cable）
+ i9 [2 b# Z0 U, y: {8 z' G

4.2、输出特性：
* f0 j3 J0 f$ K3 e& [4 t
4.2.1、线性调整率和负载调整率: （ 1.5M 18AWG Cable ）
& v- g8 i6 d* V+ e5 a

4.2.2、输出电压纹波：

7 K( A  V$ Z) P3 \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/ \' V; ]8 g, d2 N
3 E. I9 {- P# U0 V* p+ ^! I4 |8 G

' _4 N. a5 |9 C* d  v

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

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

R&N @ AC264V/50Hz,No Load

7 a$ |' l. v4 H5 B- N5 @+ T* O

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

4.3、保护功能：
% L2 U+ q% w) I' A5 j  K4 {
以下涉及过流保护、短路保护的测试。

2 t! m8 y) _* j! P  E4 V4.3.1、过流保护：
$ s3 K" @1 C9 {0 }6 _
1 T; a$ _% J* ]" T; _

4.3.2、短路保护：
/ t/ d0 {. K, c* g( K
$ a  |' U" S1 C: \7 {1 s6 }. ~功率计电流量程2.0A,开启平均值模式测量。
! ~. t  n& d7 Y3 j' @& O3 T: b: n
$ D5 i4 w6 I# y: h% w* A

4.3.3、Peak_load 功能测试：

2 z' x& r+ ^  D; L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。
9 N$ o2 `+ a0 c7 g/ Q
6 T  A4 L$ p/ M6 d" Q9 ]

AC115V 发波周期12.6mS，Vo 最低15.6V

AC115V Peak_load 功能升频151.52KHZ

( O7 h6 o) ~/ W# k9 P

AC230V 发波周期11.2mS，Vo 最低18.2V

6 v; X. p# K2 w% N  C

AC230V Peak_load 功能升频151.52KHZ

1 t  ]' r9 [& k; d/ x0 T/ F+ J4.4、动态测试：
  F9 @' E& C7 _+ n) |6 H
; q5 I  M! ^* e2 L6 `. ^% ^. 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)

AC90V_5ms

AC90V_10ms

6 H2 d# w1 E1 [0 ?" ?0 |

AC264V_5ms

' C+ ^$ \; M7 x' L" w# n

AC264V_10ms

4.5、系统延时时间测试：

& b6 w. H$ c3 Y5 |

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

0 T4 L- L: C" V! O, q1 ]  s4 }  j& n$ L

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

9 o( h) ]: v+ P% ^: e$ E

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

8 _' k7 s9 T. _( P1 T) d4.6、其它重要波形测试：

AC90/60Hz，100% Load CS 波形

! R& E  `" F! n& z- U3 k

AC230/50Hz，100% Load Gate 波形

AC264/50Hz，100% Load 输出肖特基波形

: w5 X9 u" C9 [5 @6 ^  b( E* J  B) M

AC264/50Hz，100% Load MOS-D 端波形

05、温升测试
! [# b" ]1 x% g+ {# T
7 X# D( J$ p; T) ^) b测试条件：带外壳在40℃环温下长时间带载3A 老化。
& V" C- [& m) ]+ z/ P

5 ^" v& H& L8 M2 b" p8 z7 Y06、EMI 评估测试

测试条件：

7 i6 c2 {: b3 W' p$ w# s; b; K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）

AC115V 传导L 相

AC115V 传导N 相

AC230V 传导L 相

AC230V 传导N 相

AC115V 辐射

AC230V 辐射