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

9 u$ ?  I- h4 g# X" l/ ^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。
6 e: |5 K* `9 x* S3 O
" H- G5 k3 ?& |  S7 ~3 l9 r2 o01、样机介绍
! b# D4 ^" F: _5 r; V, 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。

CR6890H_20V3A 工程样机示意图

) l4 O7 m1 s- ^( fCR6890H 芯片
3 Z0 Q. d2 M# z5 f3 I, 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。

特性
) G! d' C9 b( A% `
较低的启动电流 (大约3μA)
7 b/ n- E' v9 T+ q  x
) T  c. `6 J+ l2 E6 @/ S# K0 t内置软启动减少MOSFET应力

! [* E9 N1 v$ x" E( e! S带有Peak_load 升频功能；
2 I5 K( I- r5 X$ Y. F
7 D) o5 \: ~& T; T) ECCM+PFM控制模式

内建同步斜坡补偿，消除次谐波震荡
+ [8 c, r5 \0 ]8 v3 j- |
6 @4 p/ @( V1 X1 l0 M- o- r内建频率抖动功能，降低EMI

内置65kHz开关频率
5 g. u+ n5 q0 H( T
8 |! A6 E; i. o( Z轻载降低工作频率

15ms倍频模式

% S8 m8 n. S- Z* ?9 L7 p0 E5 b+ y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

6 q( ]! f% X- |; b* Q) L内置前沿消隐电路
- i5 d! |' M' O0 `
内置输出二极管短路保护

内置过温保护并进入latch
% o; v; a& Z( z2 a9 n
1 V; r7 c- d9 o) ~* L- A过载保护
0 v8 N! C: `5 J. c9 v8 Z! r$ f
9 M  V$ Y5 B3 N: ^+ e9 h. USOT23-6L封装
9 x  O- T6 v9 W+ k* z3 {
) b! z; @# R  W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
3 K. z4 R) I2 y, k1 O
AC/DC适配器
8 t7 H5 ]& A. D' x+ L
电机类适配器
% ~4 z, J: K" H& o! O  G
充电器

存储设备电源

" n! c( E# c: n典型应用

/ x1 r* U( q9 o9 h0 Z# r

管脚排列

管脚描述
7 W) s9 |' K# |7 w0 }* l2 Z" c; s0 z7 E

* q7 F. i# y/ ^' S5 H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。

' }! i! D8 u! o- h) m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。
3 s1 V' `; ?' F/ ^
9 ~+ d# _, `# 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。

3 D0 \; [, t3 ]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。
% t* B& [- N1 b/ ^/ I( O  ?, e
2.1、输入特性：
* l0 S# R$ }9 p' \8 \4 N

8 e; N; P$ I6 B. J/ `
2.2、输出特性(PCB END)：
6 v  H( {( \2 M

- s/ `; |* v0 b0 z: Q0 _; y2 W
# z; |: L6 Q* q8 ]7 m! o2.3、整机参数：
. w% E4 T/ t( w( o

2.4、保护功能测试：

2.5、工作环境：
. j7 }  b7 v, V: w  w

2.6、测试仪器：
' d$ b* ~$ W' a6 ~4 L/ m

03、样机结构信息
" l( n- j8 z3 ^4 Y2 w6 V
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。
  V: X8 s" U# ~. B! Q7 ^: R* _
3 ?5 j1 [$ U: m3.1、电路原理图及BOM：
) _8 r# ^; w& F8 d' _- U
3.1.1、原理图：
7 d: {" z8 \0 V: H; w/ w: G& s
$ w& k# O  t) |6 y) l

7 ~' k) \& ?1 t3 ?1 i3.1.2、元器件清单：
/ j) c  M; L: {0 X& |: W7 h# E

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：
9 h* i5 \1 c5 l
3.2.1 电路示意图：

4 Q1 }. q' i  V2 ~3 U3.2.2 、规格参数：

+ _9 q. V5 D5 T& j1）骨架：PQ2620 磁芯（5+5PIN）,Ae＝119mm²；
2）材质：TDK PC40 或同等材质；
2 t, ^0 Z+ K! X3）初级、反馈: 2UEW 漆包线；次级: 三层绝缘线；
/ Y# G( B: f/ E4 ?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；
" p9 K( y2 Z9 G9 ]5 b5）绝缘胶带:3M900 或同等材质；
/ o" P, p1 ]* B" R; {6）初级绕组感量Lp：0.6mH±5%（测试条件：0.3V，10kHz）；
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）)；
8）耐压测试= 3.3KV 5mA 1Min；
, L8 N2 Q' d  P! H' N4 l9）成品要求:浸凡立水；

' f7 k* I! r3 d# O; _3.2.3、变压器参数:
4 O" p8 S4 U1 p) X& i6 I

5 [0 \# k2 S' _8 Y) w$ w# a3.2.4、变压器结构图：
6 w. D( N3 _. x) Z1 P2 Q& O

$ V! r- N3 {/ I6 k5 o) D$ w04、性能测评
7 g0 Q7 C4 Z$ e2 Y
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。
/ R7 \/ f- m2 g
4.1、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。

表1 待机功耗

表2 输出接1.5M 18AWG Cable100%负载下的输入特性
" G+ B! D# k+ o

& d; m; u0 [& e( C; ^+ X表3 效率测试（1.5M 18AWG Cable）
% a. j- {! A& }+ c

) q7 L1 ^0 b4 I6 F! h- b1 m+ Y表4 效率测试（PCB END）

表5 能效等级评估（1.5M 18AWG Cable）

3 _) h; ]& z( ^* j4.2、输出特性：

* D3 m8 P6 |" W& e& g" @4.2.1、线性调整率和负载调整率: （ 1.5M 18AWG Cable ）
- R) W9 i0 O! ]4 c

# `7 y4 p. y: e5 e2 u
4.2.2、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。
/ c! ]9 B+ a/ H6 G& W
8 h- F8 m$ F1 j3 }, R2 F. H

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

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

" h/ E8 `. F, W

R&N @ AC264V/50Hz,No Load

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。

' j$ \' b% F; S# h  s3 v4.3.1、过流保护：
. N% q7 a: D+ q8 B6 l& y

4.3.2、短路保护：

9 h% y7 h6 R$ _- s- e功率计电流量程2.0A,开启平均值模式测量。
" m% X) R* _) X; n7 `8 `( Y

4.3.3、Peak_load 功能测试：

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

AC115V Peak_load 功能升频151.52KHZ

AC230V 发波周期11.2mS，Vo 最低18.2V

; s' T: T9 p: \) e* c% M2 T

AC230V Peak_load 功能升频151.52KHZ

3 g" d# W6 a9 s5 N4.4、动态测试：

( v5 K4 I' @# @) ~$ R& q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)
& w; t, ~- |$ O( T
7 p+ x5 A* F  a8 h& g

AC90V_5ms

AC90V_10ms

AC264V_5ms

AC264V_10ms

1 A  ^4 y  w: ~- j& l/ h/ ]4.5、系统延时时间测试：

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

' b+ g7 I% g0 i. B/ N9 S

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

5 a1 i+ ]1 @* I% C4 x$ i

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

* I; W* ~% O4 Y* z: {4.6、其它重要波形测试：
8 P, u1 K  D+ ]- V$ Y
5 R1 i; `: y& E$ u' }

AC90/60Hz，100% Load CS 波形

  h" ~7 g! n5 |# J5 x1 F: Z5 Z

AC230/50Hz，100% Load Gate 波形

AC264/50Hz，100% Load 输出肖特基波形

AC264/50Hz，100% Load MOS-D 端波形

2 {8 e0 [5 s) a0 `: g05、温升测试
  w; N& m- W3 o+ A2 |) d
' C" M  Z! E4 [测试条件：带外壳在40℃环温下长时间带载3A 老化。
* K1 V* g1 q8 f# G

06、EMI 评估测试

测试条件：

, }9 Q: n# g5 M( 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）
9 `/ J- K7 A- J% d5 Q; D  k4 c

AC115V 传导L 相

1 O3 T& B5 ~6 a4 S+ g

AC115V 传导N 相

) ?, h: K2 \) L, R+ d5 A5 h

AC230V 传导L 相

1 h. A- g+ Z# S8 [

AC230V 传导N 相

AC115V 辐射

AC230V 辐射