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

& n% i/ h, w! S' v  w
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
+ U% l* P! h' Q
, \$ D4 M: N! m" ]( P# |% Z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。
7 r# `- }. j$ a8 [
  @9 W3 j9 Q/ f; X4 T6 Y3 g

CR6890H_20V3A 工程样机示意图

6 U0 o, a1 p' I0 VCR6890H 芯片
; \! R3 d/ }7 {& L
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。

! O' c6 ^2 k% Y& U2 D+ |特性
5 E3 L, J# i: \# \; @
$ Y+ O* N; i. \% P4 \6 o较低的启动电流 (大约3μA)
  ^# r' p- G5 v6 }! d7 W/ _
# `" w8 ]: K2 I4 H% }内置软启动减少MOSFET应力
* I( ]  l8 ^0 S
带有Peak_load 升频功能；
/ E7 q( i& S; e3 F" G/ |9 {
$ _! n% c% k# RCCM+PFM控制模式
; q% n7 M2 S+ X/ k* \
内建同步斜坡补偿，消除次谐波震荡
& D5 g3 T  Q, Y" m
3 I2 `3 d; {) v# a2 g/ @内建频率抖动功能，降低EMI
, Z; e3 E' M# l/ x2 }
内置65kHz开关频率
6 g4 F5 D* b( r3 B& I! R+ m- X
: H, x, ?. p# w$ m轻载降低工作频率
9 E. r3 \& w2 p
- A7 j# j1 g5 i9 G15ms倍频模式

可编程外置过温保护并进入latch
. b# J* C2 S+ s# @8 q4 S
9 X0 V/ m: X3 x5 ]$ Z; @VDD过压保护和输出过压保护功能并进入latch
. J2 m1 h/ g: n8 J. t
内置前沿消隐电路
# `0 L7 K) |3 M
内置输出二极管短路保护
8 `( n8 |) D/ f
内置过温保护并进入latch

* Z1 v( P) U, r过载保护
1 ]1 d. a& }2 n
SOT23-6L封装
, z3 h4 h  f/ u3 d
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

电机类适配器
$ ^7 J! _1 N  G- W
充电器

存储设备电源

典型应用
* T3 J/ ?9 @2 q( ~2 A- ^# Q2 u4 G
# o3 t& z- A5 W: y

9 M0 J3 Z+ ~3 A7 k管脚排列

0 K* x" A3 @' U7 n% l

管脚描述
' W( l8 i! c* S* [7 C0 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。
5 }; G9 {# p+ {6 ]# J# ^
6 ]* _. `8 H( y1 w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。

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

( x% S9 c6 d" E1 u  _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：
- z$ q/ o( L! I  Q

2.2、输出特性(PCB END)：

0 A8 f+ p$ K6 \* p& A. d  m
2.3、整机参数：

* B6 ?# f( r8 A' }2.4、保护功能测试：
/ ^7 s" U: |9 u8 \% C3 C- ^

2.5、工作环境：
% ?6 r7 r' Q( N

! a+ l/ p) q' {9 R. K
2.6、测试仪器：

03、样机结构信息

% O/ h. m* ]7 y* e% C- 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：

3 C: H: w1 H1 x. W: p% ^3.1.2、元器件清单：
6 T9 Y  O! N9 N! ~

( V7 }' |0 C9 _& V+ D  w7 O4 C3.1.3、PCB 布局&布线：

PCB 顶层布局

PCB 底层布局

# V  T; L* T  P) B( q7 C$ ~  m4 S% X

PCB 底层布线

3.2、变压器绕制工艺：

$ V, A) b3 [% f3.2.1 电路示意图：
  [6 {8 f$ x4 E

3.2.2 、规格参数：
) c1 I8 j$ Q7 K# Z3 j
6 ^$ R" |2 x0 y  P! q, N7 D) |+ M1）骨架：PQ2620 磁芯（5+5PIN）,Ae＝119mm²；
9 ], T2 z) X4 y2）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；
: e7 u/ |5 N- C4 `( H1 d) X8 h4）N1 N6 N7 绕组从变压器针脚B 进线从顶部A 出线，磁芯接地；
( |% z1 S2 G) P2 n5）绝缘胶带:3M900 或同等材质；
9 D) ]0 L. u7 a2 G6）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）)；
+ E6 t: z7 E4 A$ t" r/ Y  K8 v; d8）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:

: r7 X4 ]6 \) X$ O

3.2.4、变压器结构图：
& h1 m! A. j' ^

: F. x, V# h& W, N8 z6 t3 q04、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。

4.1、输入特性：

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

表2 输出接1.5M 18AWG Cable100%负载下的输入特性
: b3 U& M# d; O7 _8 _% f& y% o' v

表3 效率测试（1.5M 18AWG Cable）

( {! {3 h: \$ ?: I! i, F表4 效率测试（PCB END）

表5 能效等级评估（1.5M 18AWG Cable）
$ z, ^9 K3 c1 M  n5 ?' n2 a

4.2、输出特性：
. ]! A# H+ \: h4 z9 S
4.2.1、线性调整率和负载调整率: （ 1.5M 18AWG Cable ）
* ~; l# }8 a4 P: Y/ f

# u% }4 |% M( o% b* o9 |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。
' Y7 U% C# J% b
7 u  Z7 `# x0 ?7 M5 Z9 ~! u

! T' o- l1 t1 C+ s6 x% Q" e

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

  R+ S$ n- H7 S( G! H

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

R&N @ AC264V/50Hz,No Load

' X2 s) U4 S3 R) r9 Y

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

4.3、保护功能：

, ?3 O; J3 b* E! y1 [8 X& ?, Y6 f* M以下涉及过流保护、短路保护的测试。

4.3.1、过流保护：
3 s# m7 r7 Q0 _1 y
/ N% z) O# B# M9 @  `+ \$ \

4.3.2、短路保护：
5 z4 Q7 F) Z- G
; {7 f6 X& f3 {" O  C+ |* V8 @功率计电流量程2.0A,开启平均值模式测量。

4.3.3、Peak_load 功能测试：

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 g+ ~% F9 I" g/ w; `: q
, W1 w& x, U* t

AC115V 发波周期12.6mS，Vo 最低15.6V

AC115V Peak_load 功能升频151.52KHZ

) |: J1 |1 q- m1 Y9 e

AC230V 发波周期11.2mS，Vo 最低18.2V

AC230V Peak_load 功能升频151.52KHZ

/ L( r) ~- d$ H1 N. b4.4、动态测试：

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)

AC90V_5ms

AC90V_10ms

AC264V_5ms

AC264V_10ms

4.5、系统延时时间测试：

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

/ K1 Z4 m  [0 k4 }9 o; A

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

' _2 H$ v# a. c" O9 B; P

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

; b: M+ d( Q) W8 f( E/ V+ i3 @: j4.6、其它重要波形测试：
. Y' d4 N6 J4 a( P1 d) n( y. H

AC90/60Hz，100% Load CS 波形

+ X2 j/ U. G( c; }

AC230/50Hz，100% Load Gate 波形

AC264/50Hz，100% Load 输出肖特基波形

4 w% E7 e  X* [! T7 W/ \

AC264/50Hz，100% Load MOS-D 端波形

05、温升测试

$ q8 ^$ {& E! K5 ~6 x& z2 z测试条件：带外壳在40℃环温下长时间带载3A 老化。
$ t  G/ v" E: Y: {& B
; o% D: z) J: ~7 z) ?3 X9 T

% K" I9 S( `) g& {06、EMI 评估测试

测试条件：
" T' |. R2 i1 r8 D8 b+ B
输入：AC115V/230V；水泥电阻阻值6.67Ω，带线1.5M 18AWG 测试；
. U: v7 p6 T4 I& w. w限值标准参考：EN55013、EN55022B。（测试结果仅供参考）
, U$ |* W4 ^1 P- B! y5 G

AC115V 传导L 相

: Y& m: a; A( W, w5 Z8 D. V: T

AC115V 传导N 相

AC230V 传导L 相

AC230V 传导N 相

AC115V 辐射

AC230V 辐射