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; Z/ j2 W' S% L) h+ s. H01、样机介绍
7 F! A' g' m# ^1 q- `% y" P
1 ^2 h  E8 Z4 X( U# F0 L: |8 y8 F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。
/ }* F' X7 x; S7 ^5 m

CR6890H_20V3A 工程样机示意图

, u, L( t- q0 X: X* W4 CCR6890H 芯片

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。
, E/ _5 q- ~, f# H+ p/ n% W
1 D  k2 [! s3 N7 G特性

较低的启动电流 (大约3μA)

. G% M6 O- H, l: h内置软启动减少MOSFET应力
$ j/ V! S$ E, g* D! o5 Z  G
# r& `( t% I5 P$ U8 w8 L  e$ g+ [带有Peak_load 升频功能；

CCM+PFM控制模式
, M! q: m/ D* Z8 g
内建同步斜坡补偿，消除次谐波震荡

( g. [! t& B5 U7 m9 I9 O内建频率抖动功能，降低EMI

内置65kHz开关频率

9 S8 a+ j$ B+ K3 W轻载降低工作频率
/ c# ], Y* O. u# L3 f' e2 I
& ^* V& o) ~  _9 ?7 m3 w15ms倍频模式
( z; z* G9 _$ q" q: `
可编程外置过温保护并进入latch

9 Y4 R8 N% H- O2 L% G$ L6 ^& tVDD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

内置输出二极管短路保护

内置过温保护并进入latch

过载保护
/ [+ b' A8 M. y( U9 s( L
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。
; |/ j3 r3 x5 `8 h
基本应用
0 ]1 Z  P& c7 M9 D
AC/DC适配器

电机类适配器
1 c, t! j! s* K. f& j
充电器

7 N; C8 v. M9 T( n* y* @. T8 n存储设备电源
0 m. K6 X% P  y
9 i( {( J3 a$ E. A5 O3 U典型应用

管脚排列
. P( [% j) H" j+ \" m
* ^- o4 h$ {% ]

管脚描述

0 v( D) s2 ^. ^2 ^0 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。

" M* T* S/ |1 n! I7 X. q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。
1 \( [+ d: q* y' z4 F7 ]2 h! j
5 u- R  R- M# {. x+ r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 }5 U. h8 ~  m
02、样机特性
; ~  [0 ~% g2 G/ X) h+ R# S
3 Y- y4 w5 ]6 ?& w! v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。
# k% y6 z" T# t# d1 z0 q% l! X, G
2.1、输入特性：

. {; ~6 ]1 @( }0 u& ]3 o- N
2.2、输出特性(PCB END)：
" p1 \+ F8 f) a, G  V

4 P+ u0 @, P1 U' i+ `: ?
  ~$ y. E- r- ^$ r1 h2.3、整机参数：
: k6 E, a4 w/ e. I

2.4、保护功能测试：
; i1 H4 M! y% S7 p

# a/ d+ ]: Z3 P+ T9 k2.5、工作环境：

2 {6 G+ K" @! D6 \
( @& S5 W8 _& o9 k* ^: I2.6、测试仪器：
3 ?# F" A) h. @% f" W2 C

03、样机结构信息

1 f3 W0 J+ u8 k- b6 b! p* Z* V, 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。
3 O9 A, E0 g' Q; s+ t2 |" e
; A3 }- q6 C8 C: H7 [' P3.1、电路原理图及BOM：
, }% v. h2 d4 _8 m
8 g7 T& S0 q6 R( `5 s" f3 D3.1.1、原理图：
  [- ~- C- d* x
5 |1 J! ^3 s! |1 M8 w

3.1.2、元器件清单：
% Z# _8 N+ O! T) w
( I% |& V8 S% P, k$ T1 |

3 _$ m$ y% r. H2 Y2 Z3.1.3、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：

* x. `6 g( \  M; F9 `3.2.1 电路示意图：

" o( x) l1 o1 u' m0 y3.2.2 、规格参数：
# h( h2 L7 L( [+ \: |/ q
1）骨架：PQ2620 磁芯（5+5PIN）,Ae＝119mm²；
: _5 |3 y6 }+ \; O+ K2）材质：TDK PC40 或同等材质；
6 [- F! i% ~3 Z6 j5 b/ ?6 g: z3）初级、反馈: 2UEW 漆包线；次级: 三层绝缘线；
# @, d0 K* B: W7 m( M8 j4）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；
  R& _: w3 R' Z6 C  l6 n6）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；
, T$ w3 D8 x2 {. d) }5 B9）成品要求:浸凡立水；

& M* m; [+ y/ C% t4 L# t3.2.3、变压器参数:
2 P: x& Q1 _7 y) N/ a0 k# u

3.2.4、变压器结构图：
" ^; p1 b' K( T2 {

6 `) Q" \8 t: D8 P04、性能测评

, ~- J6 @3 n0 M. V! `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。

4.1、输入特性：
* F( x! y; v$ Y
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

6 `, F# t; f8 A1 U. n! ]表2 输出接1.5M 18AWG Cable100%负载下的输入特性
& ^& `/ p! B/ K# C# q. E

表3 效率测试（1.5M 18AWG Cable）

" i! d5 k0 I2 ^4 N) _1 G) k' c9 n表4 效率测试（PCB END）

% a. I. J/ J9 d  s表5 能效等级评估（1.5M 18AWG Cable）

* ^. }# d8 ?8 a' G3 p4.2、输出特性：

% l1 y! R3 n* v* N: ^5 A4.2.1、线性调整率和负载调整率: （ 1.5M 18AWG Cable ）
( e. X  L- T6 U: e3 t2 p0 C% E% W

* `# b6 O& ^) V7 }4 D9 }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。
# T0 z: [8 @' A

8 @, o1 m$ D( I1 M7 R: `$ F2 P7 m

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

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

R&N @ AC264V/50Hz,No Load

2 e! ?) q0 l" ]! T" P

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

4.3、保护功能：

; A' V. s1 o: H$ `  a6 ^( M# {& I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：

2 e6 B2 y) O# R功率计电流量程2.0A,开启平均值模式测量。

6 p! l2 j2 d* [" Q7 C) F2 P5 J4.3.3、Peak_load 功能测试：

5 C, Y  b) n/ i' C1 E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 x+ s$ J( H& w, [! N

AC115V 发波周期12.6mS，Vo 最低15.6V

1 Y7 G1 Y6 V5 B7 z3 a: e

AC115V Peak_load 功能升频151.52KHZ

AC230V 发波周期11.2mS，Vo 最低18.2V

, b5 w, }$ k! u( C/ @1 z

AC230V Peak_load 功能升频151.52KHZ

3 j' S8 g2 K8 ^. I5 Q* O4.4、动态测试：
3 E; j2 t2 X- A% T; Z3 Q$ c
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" @4 G2 R8 A  X+ T+ w8 ]; G
' o2 \. `; c2 T! `9 c

AC90V_5ms

AC90V_10ms

% W$ {3 r9 V5 K- Y

AC264V_5ms

5 i% l: K" ]! ?0 P  H- F8 s1 I

AC264V_10ms

4.5、系统延时时间测试：

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

% o+ k$ e) K' L4 D( @( P

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：
  H9 p. r; Y. I! @" A  i
& O( w' b7 T2 b+ d- ~

AC90/60Hz，100% Load CS 波形

AC230/50Hz，100% Load Gate 波形

2 d% m+ k5 E) X8 y

AC264/50Hz，100% Load 输出肖特基波形

AC264/50Hz，100% Load MOS-D 端波形

05、温升测试
6 ^) k  `5 P* N& _$ t6 U* ]
8 X7 h; W* a$ g测试条件：带外壳在40℃环温下长时间带载3A 老化。

1 P- s% }# R1 H/ Z0 H! g0 \  w06、EMI 评估测试
1 F2 a9 `) u. O& f' ]" x. ]
; h4 O- i; }# B$ R: z  H' L' I0 P+ W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）
! m2 ?2 |& l( T6 d* D6 _0 w

AC115V 传导L 相

AC115V 传导N 相

AC230V 传导L 相

; Q) y& x/ `+ h  b' d) z

AC230V 传导N 相

AC115V 辐射

AC230V 辐射