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 V! i3 l) j' H. B( _0 o' x
! g% c# o9 \: s; g% w% O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。
8 g% u  i- S, o4 k7 P
- u( c& X" m: y( c! h1 M/ J01、样机介绍

7 }  v) \6 P3 r) p" b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。
: Z# R9 z/ V- g5 _
' I/ w4 g8 c9 W- C; X; Z8 W

CR6890H_20V3A 工程样机示意图

8 V. p# L: u* c5 SCR6890H 芯片

) }# T" p, x5 B8 S4 e( ]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。

0 z/ p+ R+ ?6 @5 t& Z" s$ H' P2 p特性

较低的启动电流 (大约3μA)
3 {$ u$ I( j: O7 f( Y( l
3 b  }$ l  x7 N- I1 d$ k& m! u内置软启动减少MOSFET应力

5 k3 E5 w9 V  u$ }) Q& s$ i带有Peak_load 升频功能；

( c1 B1 Z5 ~! U5 ?/ O' [CCM+PFM控制模式
9 W* ?" h5 Z1 l  J: E, N8 G- n% g2 c" M1 |
内建同步斜坡补偿，消除次谐波震荡
9 Y5 ]4 E2 N4 [* @
" ^/ k" P% W: ]+ ]内建频率抖动功能，降低EMI
* T8 ]2 w  t' F2 T, S
# O1 a- e5 W; ?内置65kHz开关频率

轻载降低工作频率

7 P; @7 v, V  x15ms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

. G; u. }. p/ Y内置前沿消隐电路

内置输出二极管短路保护
3 ~# S3 t7 U; f
1 v1 {8 @" H3 n8 A  J9 z内置过温保护并进入latch
+ Y1 I3 e9 z! z/ }/ ^
* {9 z, b  ~% O- U" g% ]! a过载保护
9 F1 E4 i/ R. [# w' e6 O3 B7 t
6 X+ }. @" D! l& U7 ^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。

8 u0 t3 J+ y; t/ p3 [7 s基本应用

AC/DC适配器

- o$ d: y" \, S" O1 S电机类适配器
' x2 a' q0 |) C# k
/ p  s" Z+ [% H充电器

存储设备电源

典型应用

% g( C/ I  Q& y; J$ Y

管脚排列

管脚描述
  N  c0 \5 ?' _5 |9 s0 S7 P; k

8 A5 R7 N3 G8 ?* f# m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。
/ \. @( A/ R/ `+ O8 I: |2 r) ]
0 H7 T; b8 ~  n: ^/ p' Y4 j02、样机特性

5 o% Z" M! Y. a1 z: Q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。

! B0 j$ ]+ H  u2.1、输入特性：

  Y& Z5 r  N5 A+ o
2.2、输出特性(PCB END)：
/ v& _# b  }4 s; R; y

3 b' N$ x- F* r7 ]! k) x, e: `
2.3、整机参数：
& T* e$ a& N& }( L- s

0 ?; K9 ], |% ~$ S9 [1 ?2.4、保护功能测试：
" I: E0 _4 W6 p- U( r; Q

7 Y! d0 {% q' ?& m2.5、工作环境：

* l1 C8 t6 V0 w6 x3 @( k, ?9 b2.6、测试仪器：

03、样机结构信息
2 o9 T2 w6 H" ^' _# z5 c- h
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：
' a0 K4 k, Q4 u0 ^% e) C
' F' M, t# K/ s% t& y4 s7 S3 a

6 y, w0 |" L, y# H! H' a3.1.2、元器件清单：
0 n" B/ V" p& k& L0 U) I

3.1.3、PCB 布局&布线：

PCB 顶层布局

PCB 底层布局

  H' g1 ]" h  H7 Y

PCB 底层布线

3.2、变压器绕制工艺：

5 ~; x2 V- ~* ^5 x: d3 o3.2.1 电路示意图：
* ^9 {8 c- }0 X# {

( r6 z) u# D' p; m, V' ~3.2.2 、规格参数：
; C) \9 R9 d, o6 v! c
1）骨架：PQ2620 磁芯（5+5PIN）,Ae＝119mm²；
2 R* D/ j  O$ u2 v2 `3 z2）材质：TDK PC40 或同等材质；
6 N$ h% i  K! S/ c) d: F3）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；
5）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）；
# Y/ j  l- }+ j: N8 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）)；
! w! \! U* w: g+ _9 E4 c8）耐压测试= 3.3KV 5mA 1Min；
9）成品要求:浸凡立水；

3.2.3、变压器参数:

2 i+ y: g6 I- J2 w2 \

3.2.4、变压器结构图：
# z9 r  n' d' T8 o# W0 g

* t: ^4 l! u4 Z) I6 S# \, ]04、性能测评

9 o! }: K' W3 Q1 z: z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。

' K# j# s! p& K' o& w4.1、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。

/ A" n" ]4 @; ?  X: J/ z1 N表1 待机功耗

4 L" e" {5 g* \7 @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）
% L; e; g. z" @$ T

. O" N: R+ U' C% C; v表4 效率测试（PCB END）

8 W0 A0 y  [+ u+ g表5 能效等级评估（1.5M 18AWG Cable）
7 @* m% ]4 [" M$ j- d/ N! ~) C

4.2、输出特性：
$ W5 e4 p! f$ N) t* V3 e6 d1 d, r
/ d: V) x% K6 J3 `. L6 z4.2.1、线性调整率和负载调整率: （ 1.5M 18AWG Cable ）
+ V7 {& D; \0 j: `$ C1 |

4.2.2、输出电压纹波：

+ E' \1 M  b& |: J! m1 c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。

( |0 |% P$ {! _0 [: f) t

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

% c& V% r6 j6 ]

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

" _2 Q9 Y, ^0 @1 T5 l+ ]; N

R&N @ AC264V/50Hz,No Load

, y/ q, L3 c/ ?

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：

4.3.2、短路保护：
0 y5 A5 I. U3 {9 w' O2 D
功率计电流量程2.0A,开启平均值模式测量。

7 p- V& O7 y2 U  r( P4 C. P. @4 L& I

* C- v1 f4 R; p9 u3 d4.3.3、Peak_load 功能测试：
) w. q" z9 o4 l! [3 c
- {1 i& ?0 v! E/ t' U' z; U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。
0 y5 C, L6 f+ v/ T, m
) e' e& c9 z1 [. J! A7 z" o/ o

AC115V 发波周期12.6mS，Vo 最低15.6V

; i2 }% I7 p  s: _  I3 \( n; t

AC115V Peak_load 功能升频151.52KHZ

% H+ x3 A8 M* @5 ?

AC230V 发波周期11.2mS，Vo 最低18.2V

AC230V Peak_load 功能升频151.52KHZ

4.4、动态测试：

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)
" j, j3 p" V1 x9 _
# p) E( S. T. }0 P( S

AC90V_5ms

AC90V_10ms

AC264V_5ms

) ~( x' v/ a6 B) ~+ o

AC264V_10ms

5 m! _. @8 r3 s5 J4.5、系统延时时间测试：

. S( X* x5 _3 ^; V. m+ [

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

- N8 @% w8 o1 R' M/ X

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

6 t5 G- q% y9 P6 ]! k

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

3 w3 ^. V0 t* T8 ~/ {4.6、其它重要波形测试：

3 g  G. F8 ~/ O

AC90/60Hz，100% Load CS 波形

8 ^9 R2 Q, e, A/ q

AC230/50Hz，100% Load Gate 波形

AC264/50Hz，100% Load 输出肖特基波形

/ B! _9 k6 G' h8 P/ W' V* G' i

AC264/50Hz，100% Load MOS-D 端波形

* i* g3 n3 G# Q7 A  Z% [* {3 V05、温升测试

测试条件：带外壳在40℃环温下长时间带载3A 老化。

0 S, I  ]4 Y7 d* [; A

06、EMI 评估测试
+ Y) l& U0 @! D# ^: t
测试条件：

输入：AC115V/230V；水泥电阻阻值6.67Ω，带线1.5M 18AWG 测试；
# _% `  u0 T6 A$ H% ?/ {& n限值标准参考：EN55013、EN55022B。（测试结果仅供参考）

0 E7 w% ^! e7 r! T) A

AC115V 传导L 相

AC115V 传导N 相

9 W( a+ |! ^8 E  Z& K! f/ M

AC230V 传导L 相

AC230V 传导N 相

AC115V 辐射

  X( X7 {1 }0 k; R$ d5 p

AC230V 辐射