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

3 L$ J- b: d0 x6 S* n' F$ Z% Q/ l$ M
7 ?0 T3 d% s) o  f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。

01、样机介绍
% g0 i9 u% {1 L0 H& M5 P
2 J" A4 \2 y0 j. U0 H' x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。
2 @: k7 a# T$ k0 h, U8 h

CR6890H_20V3A 工程样机示意图

CR6890H 芯片

3 ]* z* X* h& E0 }  v& P! A' v- ^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。

! ]4 |7 F4 c4 g. ~- ]特性

较低的启动电流 (大约3μA)
3 I1 v8 |' ]/ u+ ~
8 i/ \5 `/ f2 Y9 W内置软启动减少MOSFET应力
5 |; i2 i1 M3 h$ Y( v+ w, C7 o
带有Peak_load 升频功能；

! O# O6 d0 j5 y% xCCM+PFM控制模式
* S! l) g* Q( ?0 A0 c/ b3 u
& a5 _& c( G$ m内建同步斜坡补偿，消除次谐波震荡

! @7 Q9 R0 |6 @内建频率抖动功能，降低EMI

内置65kHz开关频率

轻载降低工作频率

: d- R  p8 f; k8 t+ q5 k5 B6 D15ms倍频模式
3 I7 \1 I. }  d. w$ v1 O; D  Y. L. ^! A
可编程外置过温保护并进入latch
" Q% g# Z/ Z0 ^6 B* x) M4 b
VDD过压保护和输出过压保护功能并进入latch

1 e- {: \% v: j3 d( a% g内置前沿消隐电路

) D$ l3 U7 P5 M内置输出二极管短路保护

1 d( }* T! ^6 c& W内置过温保护并进入latch

* v: \3 \  A5 C7 r过载保护
" {, e9 ~' k+ w7 z# Q$ Z- i, S
; ?% l1 Z7 Y7 \! G& N) P+ z1 FSOT23-6L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。

基本应用

AC/DC适配器
9 f! }7 t! T- C
% Q* V3 C; H' m- m% q8 a5 f电机类适配器

  h1 W( `6 d0 w9 |充电器
9 ?1 x6 ]% g! F2 Y9 t
! S/ f4 }" b+ ?3 _/ R/ }/ r+ C存储设备电源
8 }- w1 M/ u  v
3 D6 f8 c1 I$ w  T( l典型应用

7 V) A8 S! A1 K+ F管脚排列

管脚描述
7 Y$ v& C3 s+ s. c/ p2 x- e$ x

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。
; h. J9 [! x+ _7 ^6 m
1 a, r4 B" Y' L. f; @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。
4 k. t! {5 @3 F( X: r( o
  }3 ~) ]- Z0 y1 l; |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。

02、样机特性
, o, r; A( v" ~/ f" o
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。
' S5 `. Z' O  s1 q/ q9 d2 {8 r$ u% H
" N, r, Q! @, m/ ]* G' y2.1、输入特性：

6 ^3 ]9 }8 e0 o9 s2 \$ x& m+ T2.2、输出特性(PCB END)：

8 R9 @0 k6 q+ j
% x" \7 p& h. R+ m2 T+ A/ G5 j% d2.3、整机参数：

2.4、保护功能测试：

+ H: ?2 v7 x, k- g& K2.5、工作环境：
4 y  b1 A& F+ z% B9 [

: g, r2 ^& q3 G0 y+ L$ g
2.6、测试仪器：
! v3 i3 E) g  T7 B. H; a9 V7 o. _

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。
) y1 q4 ]/ W/ |2 K% ?) l
3.1、电路原理图及BOM：

9 g: R2 w* ]8 m& ~: t0 F  d$ B' z3 P7 |3.1.1、原理图：

2 e+ c  C# S3 l9 c4 ~; V3 w3.1.2、元器件清单：
  v& E5 N% D$ Z9 ^% y, `9 K# w

3.1.3、PCB 布局&布线：
, m" M  C% b4 D  j8 {) K: z* D
5 H- r: Y! e' f! n$ T4 f6 @

PCB 顶层布局

PCB 底层布局

PCB 底层布线

3.2、变压器绕制工艺：

- O' _( k6 _5 }0 _8 P* i- |" I' @3.2.1 电路示意图：

! s4 e4 k3 o! v# j, R( A8 z) h3.2.2 、规格参数：
  D6 P# J0 \; [* l. O
% ^6 P; M  Q& c# L4 U2 n4 _; _1）骨架：PQ2620 磁芯（5+5PIN）,Ae＝119mm²；
2）材质：TDK PC40 或同等材质；
& K: x1 G0 E2 w) J0 ~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）；
3 ]# Z  S/ P8 d6 T* S' T2 Q$ f7）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）)；
" w" p6 q8 a4 C$ D+ k2 M( E0 s# g8）耐压测试= 3.3KV 5mA 1Min；
% L9 S7 [2 d: v6 o  O4 O/ [9）成品要求:浸凡立水；

3.2.3、变压器参数:

# R: `9 S' d( \

3.2.4、变压器结构图：
2 E. |4 i3 ~% y7 W, z# d4 p6 Z7 Q

! m7 M( _- [) T* v. D% }04、性能测评
% i1 e: C+ \/ h% X
1 C5 m% `; ?6 l, g8 f( 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。

* r1 C: ~* |8 T! n) ?, w4.1、输入特性：
- s! I/ a+ |6 s
; W/ l5 P# q4 t. W2 n8 C8 S; T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。
. O  _# d0 {0 ^% B5 H
表1 待机功耗
5 H3 W# r5 Y* _+ g

) j6 v3 |) ]& S( l表2 输出接1.5M 18AWG Cable100%负载下的输入特性

& x7 a5 |- W5 B( n0 ^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）
: h$ e' @8 g" _9 }- O# P9 \0 e

# D( r+ m; W* s4.2、输出特性：
: |8 p6 o3 U+ U- s' B! Y/ w
3 j- ~, H. C: T1 L$ u* T0 |6 g! Q4.2.1、线性调整率和负载调整率: （ 1.5M 18AWG Cable ）
+ Q, I9 w1 E4 d, d

: ^( |2 m6 ]7 U7 a8 l( I4.2.2、输出电压纹波：
, k+ a* S5 H- T) R+ N* r
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。
2 O* B) S7 E- `

3 d+ M! {( c% l; T5 R6 Y

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

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

9 D+ x1 ^: B2 w/ M& X, |5 W9 k

R&N @ AC264V/50Hz,No Load

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

4.3、保护功能：
+ D' L6 p# F/ g$ Y0 x7 }
+ B( ]2 s  W. j) l( m+ J以下涉及过流保护、短路保护的测试。
9 [4 V1 E  [% @6 C& M% M. j
/ \- A  r, w# _% M$ f9 l4.3.1、过流保护：
) r6 z+ z  x' J7 \
% \' o/ a3 J; j! u

6 h3 U7 H6 r" @  R" M7 f$ ~3 J  }" D4.3.2、短路保护：
& E" o5 h+ O" S+ F* t
功率计电流量程2.0A,开启平均值模式测量。
! Y% k5 B( P8 X( m" q2 U' }! Z/ W
" \0 e: K& w& z4 d1 J) i0 h; a4 R0 H

4.3.3、Peak_load 功能测试：
. v, s( D! q8 `+ j9 t+ ~
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。

6 A8 a* S5 ^) V$ B0 s

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

  ?0 c, [: G& q6 }

AC230V Peak_load 功能升频151.52KHZ

4.4、动态测试：

6 S9 t  S; N. w9 |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)

; U$ _9 l1 @: D; ^# \3 u

AC90V_5ms

AC90V_10ms

4 N5 h- B& u. y" T6 y% d

AC264V_5ms

0 B' {  N* M- O# j

AC264V_10ms

- m8 ?( R9 Y" T6 h3 c. j- O  H9 h; o! Q4.5、系统延时时间测试：
% k' s( I# t! E1 [3 G  Q

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

' h5 d# U9 ^7 g* d

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

+ {# J& L+ I, d3 I  t

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

. f5 q; N; K' K4.6、其它重要波形测试：

. z0 H) B8 K- H3 G" U, s

AC90/60Hz，100% Load CS 波形

: {$ e: ^/ F/ ]

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

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。
0 }, M( I0 F& Z2 `

06、EMI 评估测试
2 F, W6 [) j; J5 b, G
测试条件：

1 L6 _/ E& O( _+ \2 Y! `8 _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 n( {% a9 y( _6 G/ i( C9 m: x4 p* ~
8 i% t* p9 \$ ~) ]; y2 e

AC115V 传导L 相

AC115V 传导N 相

" k8 S. V! G* C) s

AC230V 传导L 相

" y! J3 C& V. t

AC230V 传导N 相

! O% [8 K0 y$ I2 v

AC115V 辐射

( L5 P4 i5 g. p" S3 d4 i, {

AC230V 辐射