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

: ~( ?- S' w" B4 d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。
9 K: |) E6 M! E  e- d5 G
& e5 f6 p% j. Q01、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。
3 \9 I  k9 E( s$ x  T' h0 k9 D- K( G( k

CR6890H_20V3A 工程样机示意图

+ y% ?5 z' C: c  N9 }9 iCR6890H 芯片
( |0 X5 m& U4 P: \) ]8 N0 n, `+ P5 S
' h& M( b" h& R% A+ w& B3 N. ]/ [1 |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。
; M6 U- y/ y. {5 u. E  ^8 z. `/ a
; h' S( F- {) ^, d  c+ {特性

4 i6 F8 {; O' N5 j, m$ D9 q: j较低的启动电流 (大约3μA)
0 p1 k# h/ x" v  q* i" ^  j
内置软启动减少MOSFET应力

带有Peak_load 升频功能；

. q5 ]- P8 ~( b0 BCCM+PFM控制模式
3 V: p$ I1 q$ i
$ l8 b1 s6 z' G  w& B7 L9 y2 b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
8 ]) O* q/ C6 Y
内置65kHz开关频率
+ I8 E6 G) [3 U* _
; A' f9 d% ^: C- {8 n# a轻载降低工作频率
  w4 a2 Y0 A: @2 @
15ms倍频模式
  `' |$ U& C9 T( l
8 x$ `( h! q# |" H可编程外置过温保护并进入latch
5 x  N1 G6 ~( V7 p& u
2 A4 q, k  I$ P+ g4 Y! T" `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
' ~' T- A* U- j8 s: o3 ]3 H
! u( P7 A. ?) O( ?5 X内置输出二极管短路保护
: M" M% n. ]3 F& k4 r# @  ]
1 s' n$ C# I; n' A' Y内置过温保护并进入latch
, V- r+ t6 H& S9 w5 b6 ]
过载保护

SOT23-6L封装

; ^# O/ `+ D: P" D4 }7 T, ?1 {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
, H5 Z1 a6 Y; A4 ~$ d
AC/DC适配器

电机类适配器

充电器
% B% {1 c4 x1 c
5 X5 L, `% I+ C) j2 e存储设备电源
+ q4 B* c$ a2 U4 g
, ^2 _$ F( f& X6 e# |( z! y典型应用

' T! e9 a, n. {

管脚排列

8 D0 ~" G- y: r# A

管脚描述

1 E5 `8 S% ]( @/ Q8 M! Z7 Z

0 P5 N9 ?: z& j* e: N5 `! J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。
. z! g8 F: h, H" ^
3 t8 f, D0 m3 `$ S2 |/ F2 V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。

) n$ p+ c) y* U" X6 y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。
4 M0 z  c7 o, s0 ~
02、样机特性

1 U$ _. Y' ?; a' N, K  M* h9 W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。
  O# J& x  t; i6 P" o
) I: m. J" D; o- y0 V2.1、输入特性：

2.2、输出特性(PCB END)：

0 |7 O9 Q, [1 K5 i  s" `: ~2.3、整机参数：

5 o4 N: D4 H5 g2 A2.4、保护功能测试：

& S+ k. k+ i6 ~5 C$ I2.5、工作环境：
* Y8 V( ?  Q. @- z8 P

2.6、测试仪器：

03、样机结构信息

4 c; J' z8 q7 E% h- M2 M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：

3.1.1、原理图：
+ q! k6 v  S( g; h! j) C( B+ L1 H
, y- z( ]$ i; Q" y/ J! P/ q

6 \' F5 K6 z/ P$ g% N) z: W3.1.2、元器件清单：

3.1.3、PCB 布局&布线：

: L1 q7 L" h% _" b, I# m

PCB 顶层布局

( j5 C+ a+ P0 y

PCB 底层布局

; m  c7 i1 S6 ]0 D5 u2 T! f

PCB 底层布线

3.2、变压器绕制工艺：
* p. s+ Q1 q# G8 i6 Y. m8 R2 D4 f
5 f. C$ y" C8 Z4 \# S3.2.1 电路示意图：
/ m. A/ ~3 F" \

3.2.2 、规格参数：
5 F: l  W- x% L/ I# C' T
  c! I& U. u/ b9 @: G. V1）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；
. F/ M& n) P- u; j$ \2 m5 k% @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；
2 O" Z* ~2 d, R" l5 K6 K6）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；
. p, [" |' G4 K( ?1 }3 t9）成品要求:浸凡立水；
% M1 O5 h" _4 H; V
3.2.3、变压器参数:

( H( B, o4 f( l# g1 J! T+ t) c3.2.4、变压器结构图：

* T6 o8 J) u6 w3 r) N% M04、性能测评
" M: o3 y; @7 L9 U5 q
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：
2 Y9 C- m. L1 z' N0 _& r9 u
6 Q5 Q8 y1 l  d9 E& p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。
6 k! ?4 I: o- a1 f& `
表1 待机功耗
8 r) k% ?4 f$ G7 e

表2 输出接1.5M 18AWG Cable100%负载下的输入特性
' L9 X) {- c/ z+ d! }) \

& r' k2 y# G7 ?  [1 e, r/ V( c5 Q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）
# x* l+ I" V1 R, k3 `6 |7 t

4.2、输出特性：
6 q% Y* {! C( A* n
! R& q' c1 }* n# M2 H. G% \4.2.1、线性调整率和负载调整率: （ 1.5M 18AWG Cable ）
1 ]* ~1 E4 _$ b, I& k" D

& W9 \* j# \1 Y  \1 t8 @) ~
4.2.2、输出电压纹波：
+ _: P6 y3 B' s/ i1 H
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。

! ]1 O  ~1 j0 D& p% ^

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

7 a* V, Q& g& z

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

R&N @ AC264V/50Hz,No Load

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

. o+ R" Q! h9 |4.3、保护功能：
( ~+ _0 c: z5 b0 W. z5 D! Q
" ]! T) I7 p! |' G# u. t8 \- m以下涉及过流保护、短路保护的测试。

4.3.1、过流保护：
$ p0 b) F. ^+ U' y
9 h6 x$ d/ T5 r* p5 @

4.3.2、短路保护：
, J# w% A+ ^( z2 p4 l0 t2 @: g
* b9 b9 L+ K( o! [2 {功率计电流量程2.0A,开启平均值模式测量。
# `/ A0 a) b: j$ \- M3 X0 r
: T4 k2 r+ O) H4 U" V

4.3.3、Peak_load 功能测试：

. Y8 h& t0 ^3 h$ u% ?* O& p' 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。
) F1 n" b+ P( ~- g& b7 ?9 r+ k# x

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

5 f" c$ C' |7 {- h; S) k7 d) C

AC230V Peak_load 功能升频151.52KHZ

4.4、动态测试：
" }1 f% R) E8 R4 ?0 h; E% E
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)
, i) P7 S9 x. z: E* H  V
2 s! Y# d  g8 J6 E+ Y

AC90V_5ms

AC90V_10ms

) A/ {3 n$ H* M- B9 S9 c. l

AC264V_5ms

3 J. h$ j/ u8 L

AC264V_10ms

4.5、系统延时时间测试：

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

- v' [, U" U$ |& J% U$ [( W4.6、其它重要波形测试：

AC90/60Hz，100% Load CS 波形

0 i  y( u5 f" j- U

AC230/50Hz，100% Load Gate 波形

2 }! C1 t% C1 H, v* ?0 N8 T

AC264/50Hz，100% Load 输出肖特基波形

/ _4 o7 d# G) s/ Q8 ^& G4 m- E

AC264/50Hz，100% Load MOS-D 端波形

05、温升测试
! V# Z9 K/ J2 W: M2 J& \/ i
测试条件：带外壳在40℃环温下长时间带载3A 老化。

! A1 o+ d9 j. T; X! U" P7 c2 b

" j$ ^4 \: w. @: W$ G$ ]! T" B06、EMI 评估测试
3 c' j  [9 P, H! T. p- ^" Q- E
9 ]$ J4 b0 v4 Y2 i测试条件：
" ~0 d- x6 r0 u) ]. G
) Y& C( o8 a# ~* J输入：AC115V/230V；水泥电阻阻值6.67Ω，带线1.5M 18AWG 测试；
. B9 Z! V' J' g3 ?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

3 [9 @7 {( t: N$ d) A% O

AC230V 传导L 相

$ Y* U. b9 {5 Y  K, a5 e

AC230V 传导N 相

5 E3 N" e7 v- F  C+ C) w# [& h

AC115V 辐射

AC230V 辐射