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。

01、样机介绍
2 ]6 |' `7 C. j9 \* g# j
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

( f7 C) c+ m. B/ T9 V# @: CCR6890H 芯片
, C" Z+ t( N8 W: F+ [) ^
9 w; x. H( i- w# T6 `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。
1 l) u/ F4 Q& J
特性
& {5 b- h: z6 J; d1 E
较低的启动电流 (大约3μA)

内置软启动减少MOSFET应力

9 d8 N- k+ @8 t) P  ]; a带有Peak_load 升频功能；

4 t% j2 g: ?1 S; X& oCCM+PFM控制模式
- y) t7 e( s: D% j9 R4 t
内建同步斜坡补偿，消除次谐波震荡
! Z% |% X3 E2 x2 q
内建频率抖动功能，降低EMI

内置65kHz开关频率
% G0 ~" q1 j5 ]( Q7 Z- s: |
3 ?) P! k& u2 Y% \1 I# S轻载降低工作频率
! A$ K% Z4 p; I0 p
15ms倍频模式

+ t2 }/ M3 B4 q6 y# q+ q5 b可编程外置过温保护并进入latch
9 |9 E) Z, W0 ?1 Q  g
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
6 v1 _5 O3 q7 |. j7 i1 l/ ~
6 |  |* w1 K$ L+ t2 k$ U: h% i内置输出二极管短路保护
+ W. q: H1 o' D3 Y$ Z& @
6 N; Y- j0 z) ]- O) \# ~8 p内置过温保护并进入latch

过载保护

1 X: n) \1 q" o3 {SOT23-6L封装

7 \; N# o( q) v2 w; _. \6 ^' ^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。
- g$ X( |* S1 B$ h% H# s0 ~
% T4 ^/ Y# E9 b: {; c基本应用

AC/DC适配器
4 v& h0 U7 q& R
电机类适配器
3 R9 C- r- F# P
. @! O5 b# ^) Q  B6 @) \充电器

存储设备电源

典型应用
" ^! i# T: @9 E! G* p. `+ u
. R7 a& a1 R! g* B

  g: [3 K& I) }( ?" j管脚排列

0 x/ }; N. M& q! @" w+ }2 Q. p

管脚描述

, `0 h$ |, ^% O- J0 [4 Z; X% d

; i  P0 Z  z0 H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。
; i9 |1 ~( G4 Y- D& r- Z
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。
7 s! l2 J& K5 P: A1 |3 D
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。
0 @7 g0 a' O7 ?
02、样机特性
$ x& `; A7 v6 y: V0 `& X
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。

2.1、输入特性：

2.2、输出特性(PCB END)：
; [; ^, p9 I8 e  d3 v6 U( X

# W2 L+ E! G$ O9 y5 p
7 b; U0 S) W$ M& q& {8 a2.3、整机参数：

2.4、保护功能测试：
- o/ H: k8 ?* G$ \4 d, c

2.5、工作环境：
# ^$ L3 q* w! X. Z( W

) y5 |$ O9 K) B" {2.6、测试仪器：
! Q8 R( Y0 O  L

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。

  N3 G  M2 {" i7 l! T% P: _3.1、电路原理图及BOM：

. @1 p* S0 F4 v7 W9 b& [5 ^3.1.1、原理图：
0 ~. r( B3 ^( L) E6 J* j! s

3.1.2、元器件清单：

# z- \7 B0 C/ a$ h* x4 m) d

3.1.3、PCB 布局&布线：
! D* i/ w+ ^/ P1 ?' I. w  `* h* o8 R
( A9 ]# g" g8 [: R7 m5 O

PCB 顶层布局

! U. h7 [- R6 M) ?' M# j/ ~( U$ x

PCB 底层布局

6 A; L5 `1 L) O/ ~

PCB 底层布线

3.2、变压器绕制工艺：
) E0 m4 c2 o3 C8 i/ F5 q8 r1 f
3.2.1 电路示意图：
! `/ r. L* V; J8 O

3.2.2 、规格参数：
* `" r3 O0 e& U3 c' Y
6 {+ K* [+ _  f6 c4 Z# u: Z! i1）骨架：PQ2620 磁芯（5+5PIN）,Ae＝119mm²；
# B/ _( \; @7 A  a2）材质：TDK PC40 或同等材质；
4 ?7 A. ^' j3 V6 E2 g( Q3）初级、反馈: 2UEW 漆包线；次级: 三层绝缘线；
; {% E( Y5 t( T4）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；
7 W6 j+ J0 i; @1 ]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）)；
8）耐压测试= 3.3KV 5mA 1Min；
9）成品要求:浸凡立水；
, e" D5 t1 Q6 {! {
3.2.3、变压器参数:

7 m; W) h9 n5 `% w3.2.4、变压器结构图：
" g; Z+ J8 Z/ B& ?( j

7 V& E. d5 E4 P% E04、性能测评

9 E0 l* n8 u# S, B& U1 ]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。

' H7 t3 x, Y  k% p" H# n2 m" Q4.1、输入特性：
6 u: j1 H: Z+ M" e
) N* V* s) g7 u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。

8 R- Q6 A, T7 C( z3 G" f表1 待机功耗
8 P, B! _; w3 D* G2 ?& t5 o% `4 h

9 x3 w# [2 m. ]4 E! C表2 输出接1.5M 18AWG Cable100%负载下的输入特性
$ J7 V$ f8 |7 w7 K# C* c2 w9 X3 f# A

表3 效率测试（1.5M 18AWG Cable）

) a: o+ T+ T! u/ Z表4 效率测试（PCB END）
. Q" j- {0 a. k( x

表5 能效等级评估（1.5M 18AWG Cable）
" _; J( H) W4 @0 b& f4 k2 A  b. q

% \; J3 D% O% _0 B1 v& }: B) R4.2、输出特性：
' @/ I: E$ x( B9 z% s
4.2.1、线性调整率和负载调整率: （ 1.5M 18AWG Cable ）
7 f; u/ C% x1 E

  k3 n* Y% j9 M0 t8 U" u4.2.2、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。
$ I; T) I/ h* Y! J( m* K* a% ]

+ R- d! r# r- r0 L

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

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

, `8 s& ]2 F. A" H

R&N @ AC264V/50Hz,No Load

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

5 P( j- g: f+ |" K0 y1 }5 o4.3、保护功能：
. ?5 p/ @  J2 t# K# c- {$ F
以下涉及过流保护、短路保护的测试。
& b+ z  E- a0 W
4.3.1、过流保护：
+ t, T/ u5 t& f& j9 y

% a, d6 A+ ^& v6 \; i0 M, W. @4.3.2、短路保护：
$ G4 g4 A5 I  k7 I  S! S
: y9 @2 H, l. s/ Z: P1 w: x功率计电流量程2.0A,开启平均值模式测量。
! i0 A/ o. M# p5 a5 Z
4 f0 g2 C' ^2 u. R# i

0 [7 Y( p2 v( [; e% V3 s4.3.3、Peak_load 功能测试：
- n7 k5 G% T) p" B; V2 f# Z
# o4 m* ?" V9 u8 a5 d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。
9 ^$ _1 J) n1 G& Y8 Y
1 T$ Z7 m0 J' e0 l0 O) A) I2 P

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 b) M! s2 r' \# ]$ O4 }

AC230V Peak_load 功能升频151.52KHZ

; Q9 x7 s* j# V* Q& ]4.4、动态测试：
# q* P" H$ S3 w. f
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)
8 |1 i0 ^) M7 R8 t5 d& J
$ g& ~( V) ^1 o, M

AC90V_5ms

AC90V_10ms

AC264V_5ms

AC264V_10ms

6 _& E4 I: Z2 x0 L1 P7 Y% l" H& Z4.5、系统延时时间测试：

% Z3 O( Y& y3 Y+ t! N" F- G( |8 @

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

/ N5 _2 t! H4 L3 z

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

5 \1 Q5 i4 ^: J" R

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

4.6、其它重要波形测试：

% b, r6 q' a- e  S0 }/ Z" B# z

AC90/60Hz，100% Load CS 波形

AC230/50Hz，100% Load Gate 波形

8 G6 K, [- f6 X" u7 S

AC264/50Hz，100% Load 输出肖特基波形

AC264/50Hz，100% Load MOS-D 端波形

  t, @( X& m5 v0 M6 K05、温升测试
9 z& X1 t6 M- j8 \5 P. P
测试条件：带外壳在40℃环温下长时间带载3A 老化。

9 j3 O# X9 |2 ]7 s! n. I2 W

$ V* h& h1 |& \2 r3 G, P' B06、EMI 评估测试

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）

! e8 |8 m, X) W( \% X+ r! T5 |

AC115V 传导L 相

7 c5 H3 B3 ^# U+ k3 O2 J, L2 t

AC115V 传导N 相

! c( c  x7 J# l8 O- Z% ^9 o

AC230V 传导L 相

AC230V 传导N 相

AC115V 辐射

AC230V 辐射