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。

# y3 ]6 h$ P" R0 b01、样机介绍
/ p; l1 w: N* H  N; @
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。

CR6890H_20V3A 工程样机示意图

CR6890H 芯片
: H( k# t6 Z( d; }! n; ~0 S
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。
  X" m/ k/ s! n1 M$ z7 W" t
特性

较低的启动电流 (大约3μA)

内置软启动减少MOSFET应力

4 C, p/ p8 S; J. {. m# `2 w带有Peak_load 升频功能；

CCM+PFM控制模式

2 N5 Z, Q/ v: s2 o! p内建同步斜坡补偿，消除次谐波震荡

3 p) a7 z6 j& \. R内建频率抖动功能，降低EMI

' |. E5 h: t& V8 ?4 T; ~2 }0 x内置65kHz开关频率
! U$ \2 t; W' e8 c, ^+ H% d  `" r
轻载降低工作频率

15ms倍频模式
7 D! v( P& d! N. R
+ j# ~- b3 O6 `" X可编程外置过温保护并进入latch
; c" i5 C( \& T4 u
VDD过压保护和输出过压保护功能并进入latch
$ N: x# F" U* q) P
内置前沿消隐电路

% z& @9 B  T6 L$ `: r/ \7 n" t内置输出二极管短路保护
6 }: h6 l+ e8 p" g, y
内置过温保护并进入latch
0 G. R2 M) q' Q, F: i8 ~
过载保护

8 B6 \1 T/ z  NSOT23-6L封装
( w# N7 T; S% j" z/ f7 ?
, B! K5 B1 I$ P: B+ a+ 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。
+ ~8 l$ d$ G) N, C( i8 N* a% M
0 R1 T& ^$ V# e6 V基本应用
! H, V* ~8 U4 \" s8 {
4 f7 v% E8 l* E/ R4 n. lAC/DC适配器
4 D  l' ]( q2 L4 g
: I0 O$ {* r1 R) x' \) V; S7 d8 {电机类适配器

充电器

7 w8 }' X5 c2 A7 e存储设备电源
9 K$ a+ W( h) p& V+ |9 \& u9 z
# h  ^+ `+ x( K+ U. c典型应用
2 {6 U+ D- M, N
0 B1 r" X3 C* d; M

$ Y' s# d( }* u- x+ s管脚排列
+ j, c3 K0 u/ L4 A

管脚描述
$ q8 f6 M; W$ p% R( `% K

$ b: Q/ Q, l3 {, N# ~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。
1 d7 D/ |& [# }3 Z: o
! b3 c' W3 P7 d$ y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。
) ~; ]0 T0 C& E' h; B# @! }
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。

1 X% t  M9 ?/ f7 p8 V3 `02、样机特性
4 X' U1 }1 B  A* `( {  `/ F  I+ T, s( w& S
7 L0 m: s: U0 s+ p& L: y: 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。

9 ~6 ]& P9 M8 q" W2 t2.1、输入特性：
$ Q8 ]# d+ Y: P4 ~! A$ x- y

2.2、输出特性(PCB END)：
! j, a, p& Q, W" z0 w! G

2 }( f/ S+ j: v! ~5 ]/ M
2.3、整机参数：
. U7 e8 D2 n0 B

: X. W% K& i5 G) G7 u: s2.4、保护功能测试：

5 Z* o. Y+ E! D2.5、工作环境：

- w& H0 S! [; h8 g
$ j- G5 V' }/ b" x" ^/ V3 t2.6、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：
2 r8 H2 E0 j3 E4 ?5 v1 Y- K- S, L. a
3.1.1、原理图：

$ _9 E; k; T9 \7 z, l3.1.2、元器件清单：
$ Y6 V1 q( Q: {% E3 h
. J: A9 d1 {4 f' Z$ I& n

9 m# X9 H( P. ^7 J5 W+ |3.1.3、PCB 布局&布线：

# S$ _' `1 z7 {

PCB 顶层布局

PCB 底层布局

PCB 底层布线

3.2、变压器绕制工艺：

9 n, @3 X# K2 z3.2.1 电路示意图：

# P7 h5 X' c6 w9 m9 k) }3.2.2 、规格参数：
& g1 I6 K4 ^+ E0 X3 }; W+ h
+ a. n- v5 q8 \) w+ v1）骨架：PQ2620 磁芯（5+5PIN）,Ae＝119mm²；
8 O/ a; `5 s) y2 v2）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；
5 \3 ~- p- x6 D/ r% x5）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）；
! ]! O/ X. p( g" @: I: v5 d+ @" f7）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；
) |" P/ l* g/ ]1 a1 h9）成品要求:浸凡立水；
4 Y+ f2 T. _: S9 O( E2 z
' B$ E% {5 r4 Y2 R3.2.3、变压器参数:

7 W  R! I7 B! L3.2.4、变压器结构图：

/ W/ B6 C7 s7 I- R* L04、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。

. ^/ q; P9 Y, O/ D. O% S3 G/ u# i4.1、输入特性：
" X6 S; I+ |8 v2 r- j% |' @- r& Y0 q
4 @5 g8 b3 w9 I) d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。
/ z2 G3 m4 g) I! v
0 G9 B& r. f* M表1 待机功耗

表2 输出接1.5M 18AWG Cable100%负载下的输入特性
4 n: O+ a  {3 H% u" f

表3 效率测试（1.5M 18AWG Cable）
8 C3 Y  w1 y4 d& @

表4 效率测试（PCB END）

: ~1 E# b: A! m/ U) O9 F表5 能效等级评估（1.5M 18AWG Cable）

1 ]# T* i4 L7 M, y1 t( Y' _: D4.2、输出特性：

4.2.1、线性调整率和负载调整率: （ 1.5M 18AWG Cable ）
3 E- v5 C* N$ o$ O

, c7 k' |1 q7 n: b, F- \; x' J
7 S1 Z3 p7 ]1 W; a4.2.2、输出电压纹波：

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。
! w) ]8 t+ J, r- h0 D: h  V
; o, `( f9 C4 |& c! i# T  ~! s

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

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

7 y, x" C  r2 X

R&N @ AC264V/50Hz,No Load

4 g: O3 i+ ^" O9 m

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：
- ?5 N* \' d6 ~
, s5 J9 u% E( J7 u9 G

4.3.2、短路保护：

9 U8 s4 f5 T6 t7 A' p功率计电流量程2.0A,开启平均值模式测量。

4.3.3、Peak_load 功能测试：

! L" _# |6 ?+ h' i5 K4 K# S- D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。

AC115V 发波周期12.6mS，Vo 最低15.6V

5 a  a; R2 {) p. }* w. P

AC115V Peak_load 功能升频151.52KHZ

AC230V 发波周期11.2mS，Vo 最低18.2V

% ]% b* ~, i) N2 H

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)

AC90V_5ms

AC90V_10ms

+ |! ~( f0 ]7 \  u# C2 W

AC264V_5ms

AC264V_10ms

- V( g9 q! D5 C  Q4.5、系统延时时间测试：
' G- V& w8 d2 [  F5 I
* F% n4 D  R/ w$ O

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

1 M% ^  w, M) f4.6、其它重要波形测试：

* R* q/ c$ Q( s/ g$ t4 d$ R* b

AC90/60Hz，100% Load CS 波形

AC230/50Hz，100% Load Gate 波形

7 m: R/ f! G  J6 k. m4 M& S3 |! w

AC264/50Hz，100% Load 输出肖特基波形

, {* Y) _2 B; A1 J0 T0 h

AC264/50Hz，100% Load MOS-D 端波形

05、温升测试
/ X9 N' v( I5 S" B- E. c
9 N" H  j8 V- _# ?5 R+ i8 j7 b测试条件：带外壳在40℃环温下长时间带载3A 老化。
- H" z# t2 z# B8 Q
  @5 J* y! q  s  v: N: J, R

06、EMI 评估测试
( y1 |8 v. J$ n3 c4 F4 M: W8 K$ Q
/ u. B; U" q$ j' W7 e测试条件：
& [+ e" |0 F# l( C9 [8 g8 M- A2 o
: z/ J9 H% L- ~7 V( b" u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）
/ ~! C5 \$ M5 m; O
& _; D5 H4 V8 K# x+ {8 a0 T

AC115V 传导L 相

. U- ^: l( Q% [& B* P- n  s

AC115V 传导N 相

! R0 t4 h7 E5 ]2 P- J

AC230V 传导L 相

# c2 I  w& S2 L) N% y: H( L

AC230V 传导N 相

AC115V 辐射

3 u9 n* K6 l8 f- z; |8 p- O5 E5 W

AC230V 辐射