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。
" f+ k$ l$ @" {) O/ M
9 Y( J( Q( t0 t8 B5 m. G. h+ m" V01、样机介绍

; {6 D. R; e+ y1 @) Q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
$ B, n  e' u- N  M
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 R' O, r# k6 v7 s: |
特性

较低的启动电流 (大约3μA)

) w7 j% k) {# J内置软启动减少MOSFET应力

带有Peak_load 升频功能；
$ F0 B$ T4 Z% R7 M' ^" B& ]8 V
: M0 {) i2 x1 E2 E' D8 S4 s( zCCM+PFM控制模式
3 G2 C3 S+ j$ j
% q* R$ f: M" U$ n9 N9 U内建同步斜坡补偿，消除次谐波震荡

7 ^# X9 I, r0 Q! N* w" U5 l( h- H内建频率抖动功能，降低EMI
7 ~3 G+ ?  C8 X" ?; [
! c0 x3 y& W0 I! B内置65kHz开关频率
% a5 O, T4 p2 R. A9 B& B! |8 ~
5 E% f6 z% U% s8 B, D9 b轻载降低工作频率

15ms倍频模式

% }" i# L% u5 a' x9 C1 A可编程外置过温保护并进入latch
4 ~" q# n1 L  @& h3 T1 B
% E5 f" |$ f! x6 qVDD过压保护和输出过压保护功能并进入latch
; f% u' B9 v# F$ R. b4 o6 N
内置前沿消隐电路

内置输出二极管短路保护
2 X; V+ y: i( h
' ~3 S: i/ F4 I/ g0 y' U! v* h" W8 ]内置过温保护并进入latch

2 n) d; p  H. C; p+ D过载保护
3 G4 ~( n0 @7 l$ \) E" k+ R
SOT23-6L封装
# g% u; s# K  c5 R# V- ]5 a$ i
: g! m' o$ t4 \8 N; X5 L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。

5 [# p( n+ y0 R: j, t基本应用

AC/DC适配器
7 |( ~0 [6 N: x- P3 ~9 `, X4 U
! H5 T+ b7 h# b- h/ J电机类适配器

充电器
2 N/ y" a; g" B/ Z
存储设备电源

典型应用
& U/ X! _- i+ z

管脚排列
- E' h' N1 P: e/ o
) M# P& `* h& z4 O1 O2 m7 H

管脚描述
( M" n, z$ h  C/ J+ y

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。
0 z1 E9 D  f( h' V$ ~& \: N+ W0 E
* Y' f2 A4 R8 x5 n  `9 @  `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。

7 \, Z$ \* J0 l  \5 V% D  B02、样机特性
& i$ @) O1 T( K* B
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。
( C2 }4 F* D5 R- K  l$ N- V
2.1、输入特性：

  \; J6 N0 l; s; ~
2.2、输出特性(PCB END)：

2.3、整机参数：

3 D# @  Q, b2 o# X2.4、保护功能测试：
1 z4 A' J9 C, Q. y4 e

8 m4 M3 ?" s7 J) K* |1 S2.5、工作环境：

2.6、测试仪器：
0 }$ P1 c' O. Z, W8 N

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。
: y: m# A; v9 V8 i
3.1、电路原理图及BOM：
7 n6 E3 _8 Q3 w
9 V2 Q! n' Q- o8 w4 _3.1.1、原理图：

7 u. t8 U4 M9 Z7 z" h" f0 |

( c9 M& o% U9 B  m  {- ~3.1.2、元器件清单：
7 P1 x& C  |, z; @
% f7 n6 d! a, E- d& ^# e

* z9 {/ G3 E8 P9 W5 J4 q2 @, l3.1.3、PCB 布局&布线：
$ X3 B1 y5 ~( I

PCB 顶层布局

  f9 f$ q8 z( {3 H( D* s" \3 |

PCB 底层布局

PCB 底层布线

3.2、变压器绕制工艺：

3.2.1 电路示意图：

3.2.2 、规格参数：
" c' p: k8 V# w7 K. k  L
! B! k/ P( N' e$ y8 j8 r0 T6 w: E1）骨架：PQ2620 磁芯（5+5PIN）,Ae＝119mm²；
+ O3 }. Z0 }) A3 H7 p$ u2）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；
( E  U# R: N" a7 ]7 j0 V$ n5）绝缘胶带:3M900 或同等材质；
; j, E% O6 @' K; ~- {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）)；
; d5 b$ v9 R& i6 N8）耐压测试= 3.3KV 5mA 1Min；
+ s/ A; q5 G( |  c8 U9）成品要求:浸凡立水；
; q/ t% Y2 P  C* K; k' O
3.2.3、变压器参数:

3.2.4、变压器结构图：

, q0 a5 C6 _8 ]8 m" m04、性能测评
- a7 ?  T% D# u
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。
* H) a+ @/ A5 Y. U2 Z9 [
4.1、输入特性：

5 m4 ^5 ^0 J/ A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。
5 L5 A( O! k; V
表1 待机功耗

- _* B  Y  i4 i: i) \- h表2 输出接1.5M 18AWG Cable100%负载下的输入特性

/ l3 e$ Z1 y4 N6 L表3 效率测试（1.5M 18AWG Cable）
2 |' h9 W# [) `8 i) A

表4 效率测试（PCB END）
0 ?3 V- f8 P5 ]" n+ g

% j9 E" G* Q+ j; x0 m: m0 {7 Z表5 能效等级评估（1.5M 18AWG Cable）
; t* A& m& {1 I- b- V/ U

/ }8 M% t. G: h% P5 G4.2、输出特性：

4.2.1、线性调整率和负载调整率: （ 1.5M 18AWG Cable ）

4 v7 {) ^, j3 |- _4.2.2、输出电压纹波：
& ~, \9 B8 H% Y1 e1 ^$ G
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。
. D2 {" W& g& L% p
5 Q4 y0 A+ B( j- W$ o6 M4 S1 z

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

" F" \# l) Y0 \  g: G, M; s

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

R&N @ AC264V/50Hz,No Load

+ `& y0 E6 N9 R- o

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

& ]; O5 k0 y: g! g% Y" ^' h4.3、保护功能：
- V: A+ T3 P3 Z: a0 W
以下涉及过流保护、短路保护的测试。

! q5 E7 X4 U; P& R( A# N  ?4.3.1、过流保护：
1 d% `2 v9 U' B% L. w( H
7 }' c, @7 n1 `

4.3.2、短路保护：

9 c9 i8 e) S/ s; V) V, I  Y功率计电流量程2.0A,开启平均值模式测量。
9 c& O. ~3 e7 }3 I$ E0 b) X# B9 S& @

/ _2 E: B& R6 G6 _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。
# A& D9 c5 |" b9 w8 f5 ^

AC115V 发波周期12.6mS，Vo 最低15.6V

* S: m9 Y) M5 C# W1 H- X% O# s

AC115V Peak_load 功能升频151.52KHZ

AC230V 发波周期11.2mS，Vo 最低18.2V

6 J6 t- j: G# S/ j% x

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/ @0 d* O' s

AC90V_5ms

AC90V_10ms

AC264V_5ms

6 U; K7 a3 k/ H$ c( f% a

AC264V_10ms

, \7 x! L9 u. r& h0 l4.5、系统延时时间测试：
9 j9 l  |8 x+ n$ Z7 M7 E

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

+ J, V% G8 B, N  R8 [7 w' P) ^

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

$ v/ d7 l6 H1 u7 [7 J/ s6 }

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

+ M( v' `: R! r! V( }2 g

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

4.6、其它重要波形测试：

AC90/60Hz，100% Load CS 波形

* N; Z* r& P6 O/ V- N

AC230/50Hz，100% Load Gate 波形

* |' ?4 T& z& X, m# {1 }

AC264/50Hz，100% Load 输出肖特基波形

7 d/ V% _* d/ S- d7 ~( C' X' y

AC264/50Hz，100% Load MOS-D 端波形

05、温升测试
( D5 L0 g; ~! U) @3 n
7 N/ B# Q  y4 ?" B7 @' k测试条件：带外壳在40℃环温下长时间带载3A 老化。
7 A& P# G6 @% Z. _, a0 ]. B( @

06、EMI 评估测试
! o. o+ b: p  e+ Q  y
测试条件：

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）

' z8 F- L6 m, C

AC115V 传导L 相

AC115V 传导N 相

AC230V 传导L 相

- _4 u1 w: S+ D3 x+ `4 {' n7 w

AC230V 传导N 相

AC115V 辐射

AC230V 辐射