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。
8 H0 m# K& z3 U. v9 c$ C. g
01、样机介绍

, F1 W  V  T1 |. d8 ~: Q; s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

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。
  K' S3 n* d( F: v0 r. {& ^
/ w: m5 i0 R! q6 k; f特性
+ j8 U4 R' T: u* C8 z) s
+ b8 k5 ]# k2 g" L较低的启动电流 (大约3μA)
& c8 o$ w' J& t- ]
4 W* f4 S: K0 h* e. |3 f内置软启动减少MOSFET应力

带有Peak_load 升频功能；
; j. t( S2 s2 Y% U, G  x
, B0 \+ F, f( P1 zCCM+PFM控制模式

& R5 t# G7 k, D7 C" q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

内置65kHz开关频率

轻载降低工作频率
. I4 i4 L2 w! }/ W( W' Q
3 e8 t- J5 s+ C$ M- p4 o15ms倍频模式

- ~% Q4 i! @! J5 k6 b/ E可编程外置过温保护并进入latch

, J! F' J/ L& F9 u3 x8 BVDD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
4 s+ O9 [3 c6 L8 W8 X& [% q
内置过温保护并进入latch
5 q( {3 N/ ?3 A) ?+ R+ E
过载保护

6 T' u# ~- l& B9 v) `2 y4 _6 o- W4 N& dSOT23-6L封装

# N6 P7 b2 @3 `' f+ W1 I' V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。

  B! ]) G- ~! B4 o基本应用
# f# P; E9 v% p' b
& U; z/ J8 ?, oAC/DC适配器
' U6 C5 b2 o4 y, E+ a* ^
5 k" O1 ]  \9 u9 \电机类适配器
" S" P4 A1 C. J. I
8 B( c, Z! d8 d: m; ~; @充电器

. F9 ?. J# Z5 I8 d存储设备电源

! w" q6 ^- f* S" T9 d, v典型应用

2 t1 h9 h: v7 G8 x- ?+ d

# p4 l, J$ r) C管脚排列
( F8 ~: _  x' E' U# D, E0 E# W

管脚描述
) T  @/ j% M2 A
$ m: _( Y# o6 J5 u% y" s7 w: P

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。
' q7 q5 a) ~+ t1 Z5 l, x( t1 x
4 n& J* T/ t+ S4 u6 `- B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。
8 g$ V9 I& u$ o5 J0 A$ V) }
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。

1 i; d0 I- ?4 D: T% F& h- a/ _9 y02、样机特性

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。
4 A- a! z2 o4 u; C/ [  M5 T/ e; y
3 z9 D7 N- B% m; I2.1、输入特性：

3 @; T& f0 G( x$ N2.2、输出特性(PCB END)：
/ Y+ U, Y1 m) c( d( D# Z  O

4 D4 M0 {8 c  i9 `# f- W
2.3、整机参数：

2.4、保护功能测试：

4 a; T6 P% p2 P7 ^# I, [3 \2.5、工作环境：
8 h* r  y1 Z; z. S( j9 _

2.6、测试仪器：
# |: d: [  t& K# O5 B

03、样机结构信息
0 q0 o) h8 ~% w- |  _5 w+ E' t6 u
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。
/ P2 W! R: A% W5 ?8 u
3.1、电路原理图及BOM：
3 {1 I5 w5 A; n# K9 z4 y
3.1.1、原理图：

5 U( n5 r* v# A  y3 L

3.1.2、元器件清单：
0 Z' o2 J, O2 ]3 e
+ t/ ?* r; \" [4 [0 g* D

" @: {8 |7 S5 i' f9 N7 R3.1.3、PCB 布局&布线：

PCB 顶层布局

PCB 底层布局

5 W0 Y: \0 f7 O1 f* G- d

PCB 底层布线

3.2、变压器绕制工艺：
. J0 }" N4 F6 p; Y0 l2 ?' u
1 n9 l7 s1 K1 v/ j( u9 x7 q8 ?/ h3.2.1 电路示意图：

8 R# v0 q0 [$ ^6 B# N) B+ z3.2.2 、规格参数：

1）骨架：PQ2620 磁芯（5+5PIN）,Ae＝119mm²；
6 l. b) J0 ~/ I# _2 q$ k2）材质：TDK PC40 或同等材质；
2 w' O8 i# `% l7 o  s; |- ]3）初级、反馈: 2UEW 漆包线；次级: 三层绝缘线；
4 `7 o1 N: I( D4）N1 N6 N7 绕组从变压器针脚B 进线从顶部A 出线，磁芯接地；
( S% N/ K0 B, o' n5）绝缘胶带:3M900 或同等材质；
1 Y: \2 g( L5 n$ v* q  n* P/ U/ I6）初级绕组感量Lp：0.6mH±5%（测试条件：0.3V，10kHz）；
% g' z3 e) m2 g; {$ f/ g, \- ?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；

3.2.3、变压器参数:
/ X) N9 U, j( o8 O" |7 U& ]2 o: }

1 i; R. F& @: z! }3.2.4、变压器结构图：
, j5 q4 s9 i- M# P& x* A

04、性能测评

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。
. u, |. I6 R, d' F; j) A0 J
! F+ E9 Q2 Q, G& a2 B5 Q( P4.1、输入特性：
! V( q$ N. a8 f0 S7 g
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
; e$ U6 \0 O8 ~) Z$ j

表2 输出接1.5M 18AWG Cable100%负载下的输入特性
0 l% X: H& q5 v+ w

表3 效率测试（1.5M 18AWG Cable）
. o" U4 L% r1 k

3 V. o; y& A' }% S& ]表4 效率测试（PCB END）
( h9 X6 [% Q5 s0 i9 _

表5 能效等级评估（1.5M 18AWG Cable）
( `  ~$ I" J" Y

4.2、输出特性：

" [7 |) L) j$ I6 i* p- K4.2.1、线性调整率和负载调整率: （ 1.5M 18AWG Cable ）

  |! I) u' G; X/ U( F! _4.2.2、输出电压纹波：
0 P( z1 E1 s8 k
+ x2 w* B3 o# x7 u1 x( d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 F# C$ H/ W8 i5 \3 g% s

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

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

R&N @ AC264V/50Hz,No Load

0 h* F: g9 d; z1 {6 B6 Z

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

  M2 E8 o7 x# j5 d* m8 U0 y* E: i5 @4.3、保护功能：
% ]" K$ ]+ T$ s) _% R+ T# w  {
以下涉及过流保护、短路保护的测试。

4.3.1、过流保护：

+ m1 A: C  n9 N

4.3.2、短路保护：
  s5 f: j& _# F- a) F
) c( b; b7 G5 v4 p% D, q% S功率计电流量程2.0A,开启平均值模式测量。

* z8 S) b( Y# ~4.3.3、Peak_load 功能测试：
: B% ^+ {6 P6 ~1 Y2 D, g
( K& K' Q" M, H5 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。

4 J6 y6 V& C7 A6 h* Q$ P( m" {5 i

AC115V 发波周期12.6mS，Vo 最低15.6V

AC115V Peak_load 功能升频151.52KHZ

" j6 ]" X7 K+ l7 |2 j

AC230V 发波周期11.2mS，Vo 最低18.2V

0 T; z6 V' _( }4 s. m5 ?1 L

AC230V Peak_load 功能升频151.52KHZ

) Z1 ^$ H5 v; X8 ?- J4.4、动态测试：

/ l, B' x; ^; V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)
5 ^3 d: Z+ [" s+ q6 {6 C% ?/ Z

AC90V_5ms

AC90V_10ms

AC264V_5ms

AC264V_10ms

4.5、系统延时时间测试：

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

6 a: C0 W, k" T6 ~, \& K# s

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

. ~2 y$ X3 I  D- x; w

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

5 Y, {, X# e# `9 ^8 R4.6、其它重要波形测试：
6 K: z0 B$ i. W, y) J/ C" Z/ \

AC90/60Hz，100% Load CS 波形

& Q* v% x4 M* k) `6 r

AC230/50Hz，100% Load Gate 波形

. m( f$ r) A/ N) h  G

AC264/50Hz，100% Load 输出肖特基波形

3 w# N) N2 X9 |* i) W% k

AC264/50Hz，100% Load MOS-D 端波形

" G+ G& Q- ^7 i! ^! P' D* f05、温升测试
" k) W; P. b4 _- X) y
# C. J% t8 P. }5 e/ R# Z5 G测试条件：带外壳在40℃环温下长时间带载3A 老化。
3 Y: `2 ^! U: C/ |+ I+ g/ e
+ h& l) d$ Q  e5 C# _

06、EMI 评估测试
2 w6 @) `0 L7 d; V( [4 S2 K
测试条件：
  J( @/ }- c, l6 _
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

AC115V 传导N 相

AC230V 传导L 相

AC230V 传导N 相

AC115V 辐射

AC230V 辐射