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。

' K1 p$ P' K% [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。

1 ^1 n! b8 }) y: p+ L) _

CR6890H_20V3A 工程样机示意图

CR6890H 芯片
9 s, r9 {9 M2 S9 |  H- j$ j# i# H
' H/ x3 q. n& p% S2 lCR6890H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。

: W+ c+ z1 c4 ~" S6 ~特性
8 S$ j1 O8 A  i- z! Q- [; P
0 W: i( m. n- O9 _! B6 B较低的启动电流 (大约3μA)

2 I( X- L6 [, B; b! n内置软启动减少MOSFET应力

1 J! Y3 X  M6 I- q9 F带有Peak_load 升频功能；

$ k  t% d8 l6 j# T5 Q& tCCM+PFM控制模式

6 o/ D: K& _2 h内建同步斜坡补偿，消除次谐波震荡

+ b* ^- I+ |! {+ U1 ~内建频率抖动功能，降低EMI
+ O, m4 L* z9 _! j
内置65kHz开关频率

轻载降低工作频率
3 h! @7 }8 Z+ N$ y
  H! z, i+ H0 k+ A15ms倍频模式
0 y! u' s1 V: g5 M6 r3 A
8 a) R$ e; h5 q4 Q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

内置前沿消隐电路
8 D7 F% i0 r! u& W2 f
" c2 K8 o( d! O5 B" I  f) y# N9 ?( g内置输出二极管短路保护

- s6 {. o" T1 `. C. T1 L; n内置过温保护并进入latch
8 \4 o6 M) L0 Q$ s- j) \6 h( q
过载保护
& i8 a2 n1 L1 ?1 a; ]2 {6 l! T% S* U
SOT23-6L封装
6 }# ^1 l, ~% b$ c+ L7 c
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。
+ c& j( G# h3 h& z; {$ G: B1 N( o
基本应用

AC/DC适配器

电机类适配器
. q, r; D  [4 f0 j) N$ a
充电器

" v( Y* `3 u& q1 j# R' l存储设备电源

  ^; ~0 b, G1 J8 {& ]4 p典型应用

9 O( i# ~8 T  |

) G) n4 K5 f+ B管脚排列

  I3 H# Q, X: o; u% a, v" Y

管脚描述

5 k2 J: |( d6 R' @# `% C& a( |9 o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。

: A' z+ q. s" \, h- p% i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。

, q  \) K  y4 q2 l6 k1 [/ K2 p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。
5 `6 G' A2 P: R3 j. Y/ f
02、样机特性
4 a: q* R, ?; L; 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。

: n7 Y! K* m. y5 r" A% ^* Y2.1、输入特性：
1 z2 k% ?# f$ M

% g$ _- d, ?6 y3 Q+ R1 E
7 _& M" q2 N1 g& p& H1 C2.2、输出特性(PCB END)：

% w; ?: A' s" k2 ]
2.3、整机参数：
: b) H# n* h$ i& V8 C; [

0 H0 H6 ?- M: E' H  I* g2.4、保护功能测试：
, D5 `. L5 n6 ]/ L

, D& t0 \7 w0 T5 e: E2.5、工作环境：
) T  j, G0 K2 L  J* b& R

. |7 t3 H) k7 m6 G
2.6、测试仪器：
, K) S: _5 e! c2 g

03、样机结构信息
6 t- b% J4 ?5 v6 k, |, \$ E
! h& ]- @$ B' c4 q+ W) ?/ c* X+ [/ k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：
/ U& ]7 {4 ]3 m" @! y* C
/ l) R7 y, `1 q9 M" s. N$ |3.1.1、原理图：
) l, y1 U1 D" q3 R0 ^  v* _9 A

- o$ ~# `3 p1 A3.1.2、元器件清单：
8 t8 V# l& w( Z0 W8 H8 E

/ F% R* g; W& q  y" F$ q$ G3.1.3、PCB 布局&布线：
6 ]7 w' B; w$ E; w/ D9 h* @2 `

PCB 顶层布局

PCB 底层布局

/ D7 Z5 k7 H0 \

PCB 底层布线

3.2、变压器绕制工艺：
0 a0 ^! F4 e  q4 z+ G+ X5 R
3.2.1 电路示意图：
: p7 X) y  U0 @" i4 R. m. g

3.2.2 、规格参数：

5 R0 A# d+ A+ ^4 W4 w) F1）骨架：PQ2620 磁芯（5+5PIN）,Ae＝119mm²；
( m# \" f+ Y2 Z! k# ]) H8 x2）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 l: x+ c' S' }3 v$ ]0 s5）绝缘胶带:3M900 或同等材质；
0 X- R9 f1 u4 J! e+ k9 p0 ^6）初级绕组感量Lp：0.6mH±5%（测试条件：0.3V，10kHz）；
4 J6 }8 g/ v. @6 i5 H- [2 e' v! u7）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）)；
6 k+ Y* {7 [7 U) a8 p3 I  ]8）耐压测试= 3.3KV 5mA 1Min；
" m( L* G8 z$ J- H+ M9）成品要求:浸凡立水；

8 y. M$ f3 Y# H& J2 j: O, e3.2.3、变压器参数:

3.2.4、变压器结构图：

04、性能测评
' ^- v1 J  [% I. P
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。
3 h& F+ V0 a% S7 r$ `" b
2 n: W  e% Z. V6 W2 D) p% V4 g4.1、输入特性：
+ o6 v$ r, a6 V: Y4 z7 @
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

" S* w5 u4 b  F4 c" X0 b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）

表4 效率测试（PCB END）

表5 能效等级评估（1.5M 18AWG Cable）

9 b- U2 _. {, k9 Q# X4 Y& W4.2、输出特性：

6 _; X7 a5 E& Z: M4.2.1、线性调整率和负载调整率: （ 1.5M 18AWG Cable ）

4.2.2、输出电压纹波：
, Y" u% x+ I2 M. \3 I* ]
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。
" t. G9 n0 G: B/ y, z0 c
9 ]4 b' u$ S5 R8 b- v3 {8 ~6 V5 X* V

5 O" n! w% }; _# h2 [1 r! S

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

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

) J; k4 F# O- v

R&N @ AC264V/50Hz,No Load

) ^: K9 B/ X" F- J* P$ Z

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

4.3、保护功能：

  Q+ I2 L! I% w以下涉及过流保护、短路保护的测试。
+ R9 i/ n# p5 q3 e- {+ }1 K
+ z8 z7 A0 y6 s# @4 Q: K' g% U4.3.1、过流保护：
' l! Z" M: J8 A1 i, K% u. D
" g' f) l% p/ l2 @

" V% a2 g/ i6 p* S! N' n8 f4.3.2、短路保护：
' e# h6 S( A( K+ N5 j
7 [, r) X, l/ T( \功率计电流量程2.0A,开启平均值模式测量。
+ w% I2 Z; s' R% t7 c( ~/ T
1 Z( m6 D- }' {9 Y$ l' E) S8 f# J  M

1 i1 R# Z  e" I* ~: c0 ?" E5 G* c4.3.3、Peak_load 功能测试：
5 z; ^9 H' 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。
- M/ V% h& b9 O  I" Q$ i: M9 G

AC115V 发波周期12.6mS，Vo 最低15.6V

AC115V Peak_load 功能升频151.52KHZ

8 f. P. w/ V0 z, b0 R- j

AC230V 发波周期11.2mS，Vo 最低18.2V

. \0 |  N/ M5 O

AC230V Peak_load 功能升频151.52KHZ

4.4、动态测试：

$ I+ X" d+ K# h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)

! t' |: m, {# S" N* [+ C8 H

AC90V_5ms

AC90V_10ms

AC264V_5ms

AC264V_10ms

7 d! m) s9 B" X2 k: b6 p) f4.5、系统延时时间测试：

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

# }% E! W% d% B$ r

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

4.6、其它重要波形测试：
! ~' {- P% f$ r8 o( t7 f# L. }
; s; g. h  N$ y+ e: g. y

AC90/60Hz，100% Load CS 波形

AC230/50Hz，100% Load Gate 波形

AC264/50Hz，100% Load 输出肖特基波形

; a0 O( Z6 M4 g% S( r

AC264/50Hz，100% Load MOS-D 端波形

0 p* U9 o7 N( e; E' S- Q05、温升测试

测试条件：带外壳在40℃环温下长时间带载3A 老化。
$ K2 w' Z# j" b6 i! c, c

! z# r9 S7 W& D* \- e( H06、EMI 评估测试

测试条件：

0 G# j/ i0 x. \9 _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）
* Z9 S3 Y9 l" ^
3 W1 Y  j! l5 g8 `) q: o! ?/ m

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