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。
. s1 z4 O# ^9 |# r+ V+ I( E
+ S" r1 D- r' J01、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。

, i" a, Y: A3 [8 ~$ g0 @$ K

CR6890H_20V3A 工程样机示意图

CR6890H 芯片
+ I1 K; i8 W  d
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。
- Z5 A- I3 A4 \
* T+ u4 m1 @; c/ v6 p0 D特性
& ~) V. v6 w6 O9 \$ T5 o
较低的启动电流 (大约3μA)
; U4 l3 q1 y' R( F$ X, q  U: m& Y. I
内置软启动减少MOSFET应力
# X& i5 S! ~  G) V+ v0 e; I# }7 [
带有Peak_load 升频功能；
- k: J) N1 m- D7 F: h- C2 h( q. X
CCM+PFM控制模式
& [) @( ~  Q: E! Z& O+ T
# e# y1 s+ d- h8 @. P* A) h# g$ Z内建同步斜坡补偿，消除次谐波震荡

内建频率抖动功能，降低EMI
3 s: A; N- `+ y7 x7 B1 w' |- Y
内置65kHz开关频率
+ G& z/ {! j( y* R6 h( A
轻载降低工作频率

. q4 v5 I" H" N) i' F8 y15ms倍频模式
* j0 }6 D% S" w1 x! l8 \
$ Q5 c- F! d8 N* m! }可编程外置过温保护并进入latch
1 s8 K1 J" z( ~; j6 `% f7 [9 \: p
; ~, _6 L5 b$ c8 jVDD过压保护和输出过压保护功能并进入latch
0 D4 }, c+ ?' a1 {
4 I8 k) P. z; y& w3 n5 e, E内置前沿消隐电路
- Q# [% a, S7 U- J  R9 ~
内置输出二极管短路保护
$ P& `. H; g" n  L$ C9 _
- D. V, n% p; A! T0 z3 z5 _$ [内置过温保护并进入latch
" p( F: |0 i( k" N' j, z
过载保护
9 @5 X$ f& J& b$ z
8 {, d! C/ A/ ?2 T! i- s# l- P2 lSOT23-6L封装
% z( B, C1 l0 g" t  L
' j2 Z+ V, p" d: M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。
" F6 i5 ?2 r" [6 _: G; B
# n. p# Q, I7 p4 g  c; a5 Y, S2 |基本应用

AC/DC适配器

! c( l6 h7 _( S6 g4 {, h电机类适配器

充电器

% D- E9 `1 S* t& Q4 l" J5 n7 @存储设备电源

典型应用
; Y' \: z! j4 b. I3 J) K5 U
( k* W8 H5 y3 S6 O6 p& J

. H( w0 M$ K- Y4 ~  ^2 B' }管脚排列
# j, J/ R1 t+ y
0 L1 H% N. [$ I; M0 c/ A

管脚描述

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。

2 d7 ^: q) Y* Q/ e$ U% ~) _! S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。
$ X6 g0 V: i" O& N
3 D/ v: w6 O0 ^' C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。

, s1 K) R! W0 `5 I  a8 }02、样机特性
1 m& R4 U# K) D, D7 ?9 {3 z9 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。
" f" d* R$ ?" o' U3 `, B" f* E% M
2.1、输入特性：
( q7 O6 f+ R* O) b

2.2、输出特性(PCB END)：

. _6 o+ z& T9 R+ |. A5 @2.3、整机参数：

' O5 s& y% P5 l2.4、保护功能测试：

+ d5 B2 D7 |/ H# l; D( `( N2.5、工作环境：

! V7 |$ X: {+ ?! z1 m2.6、测试仪器：
# M* v; h6 r  N$ I% y) _

03、样机结构信息

! \  |, Z0 l# R$ 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：

4 {6 b, E4 E1 b3 @) S; k6 p4 @3.1.1、原理图：

3.1.2、元器件清单：
# e6 Y8 d2 ~7 y/ ~& A6 f
! v4 v! w9 |2 n/ A' M

3.1.3、PCB 布局&布线：

PCB 顶层布局

5 a1 q% q: n6 M9 q: f2 D

PCB 底层布局

. X0 e7 ^( S+ K3 a6 I! O4 [

PCB 底层布线

3.2、变压器绕制工艺：

7 E! }  @6 J5 R+ h4 V9 n  a+ J3.2.1 电路示意图：

3.2.2 、规格参数：
  L* t0 M  b5 f
1）骨架：PQ2620 磁芯（5+5PIN）,Ae＝119mm²；
2）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）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）；
! {7 W6 _# f' U9 p7）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；
1 K% q1 Q1 t! t8 z& E; Z, g6 F3 i- O8 [9）成品要求:浸凡立水；

3.2.3、变压器参数:
2 f; _( f5 E7 ^0 y' K& [9 r# H
1 a8 V, Q. {( v0 R

3.2.4、变压器结构图：
. k- e. l8 S8 i$ |. I' d& ]

04、性能测评
% z6 S2 t8 f9 w, w: d
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：

& U! l) E( t( V: e: v' z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。
" n9 y9 w2 V+ u1 I; F
: L2 I) `/ S4 e( e5 a. G6 u, r表1 待机功耗

3 l( l6 w: o6 G( Z% A1 Q2 E* I表2 输出接1.5M 18AWG Cable100%负载下的输入特性

% a  V+ n  |; R1 |4 K表3 效率测试（1.5M 18AWG Cable）
( N+ b$ O( P4 I# X, Y9 T# G$ K

) ]" _2 y. r, w: L表4 效率测试（PCB END）

表5 能效等级评估（1.5M 18AWG Cable）
7 i3 P7 `- W% k; ~

( n) ]+ Q) v5 J  ~. y4 B) R! A4.2、输出特性：
/ C( H9 P. u: w% v1 \9 B9 F! T2 a; p
4.2.1、线性调整率和负载调整率: （ 1.5M 18AWG Cable ）

0 I& ^; w! k. q9 N+ Q& ^, E
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。

" w' K: m6 [3 N

3 O: p% p4 P3 f& m8 w8 k/ W

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

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

7 M3 J4 @( C) ?. z: @8 C0 |

R&N @ AC264V/50Hz,No Load

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

& J3 l4 y/ e, G/ l+ H4.3、保护功能：

以下涉及过流保护、短路保护的测试。
. ^5 C( }  ?, u2 ~& I$ J/ k
4.3.1、过流保护：
0 j  h: v& z# f! |* M0 k4 I0 M1 ?

4.3.2、短路保护：

7 B4 V$ J- k+ @* c) Q功率计电流量程2.0A,开启平均值模式测量。

% e0 c& a# q2 j5 f3 Z

4.3.3、Peak_load 功能测试：

' G: I/ e1 f* w5 V: N) W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

7 w5 @. [4 H& j9 n" Z5 `1 e. m! i

AC230V 发波周期11.2mS，Vo 最低18.2V

AC230V Peak_load 功能升频151.52KHZ

, J( I) l8 j" W4.4、动态测试：

) }0 V# Y( ~9 D3 }2 k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)

* j3 I; h/ G- i

AC90V_5ms

AC90V_10ms

% N0 p! X0 ]$ |% G. I7 R

AC264V_5ms

, k# b3 P$ Y' x8 ^, E) O; x

AC264V_10ms

4.5、系统延时时间测试：

0 `# ^$ g/ ~! I# L! A# G

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

* R$ x+ q4 b: k# r  B3 X3 @

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

1 G+ p% g! t. _/ B/ y

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

4.6、其它重要波形测试：
# l7 h6 ~% t4 t' s! \8 S! [

AC90/60Hz，100% Load CS 波形

AC230/50Hz，100% Load Gate 波形

+ l) }7 i2 K0 u( [

AC264/50Hz，100% Load 输出肖特基波形

4 K5 z6 p$ I. g# ^' S8 [% [! ~

AC264/50Hz，100% Load MOS-D 端波形

05、温升测试

测试条件：带外壳在40℃环温下长时间带载3A 老化。

' V2 y3 _1 x( p% n06、EMI 评估测试

测试条件：

# a4 B) v# D0 H& ^" U+ H6 H" 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）

AC115V 传导L 相

) C% y6 c8 a% j. C- m; {

AC115V 传导N 相

* b9 B$ m% E3 u) ]

AC230V 传导L 相

AC230V 传导N 相

' }4 v9 D3 }- j; _

AC115V 辐射

9 g- s' }' k" k) n* G, B- G

AC230V 辐射