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

% r( N' ^: h& P$ a* G
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。

/ f  O! o4 D) u6 X# \3 ]9 a01、样机介绍
: {0 H( a" g2 ~3 w9 Z
) c9 b( Q% ]( g  q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。

" a# M' w' \1 k2 E, ]5 _! f

CR6890H_20V3A 工程样机示意图

CR6890H 芯片
( i3 \) a- f  ]" P, N" \! A
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。
2 N& Z+ U. [4 ~) I! r
+ B; L: ]2 S3 s, l, O! Z/ u3 I5 E特性

较低的启动电流 (大约3μA)

内置软启动减少MOSFET应力
+ a+ U: _3 ~' z5 n. u5 d. y2 Q
' E& d& s; I* M2 a! X5 I带有Peak_load 升频功能；
$ t/ Q$ z- N: Y4 g1 _7 R6 q
  H- V: i% K/ g1 l: aCCM+PFM控制模式

内建同步斜坡补偿，消除次谐波震荡
/ C1 o( b; n5 c# d
* t* {, ~$ M% r9 g, C, d内建频率抖动功能，降低EMI

2 X+ M$ N/ o) c7 w8 p6 ?; ^内置65kHz开关频率

轻载降低工作频率

15ms倍频模式

可编程外置过温保护并进入latch
9 Z* c" L# N# k3 J3 x3 B
VDD过压保护和输出过压保护功能并进入latch

  W2 U$ V7 U+ e5 m内置前沿消隐电路
5 Q. s& G4 B2 }; S+ {$ s5 _& q4 D
内置输出二极管短路保护
3 _+ _2 h0 [! w4 [$ e
内置过温保护并进入latch

8 G4 I+ u1 }  Z/ V/ P* K  Q过载保护

) i; b* K1 Q/ Y& O+ z5 CSOT23-6L封装
3 D  w5 ]: j* G1 o
  c, C- w! p) I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。

% ^) o' W/ b+ u/ O% m1 E. N, A基本应用

AC/DC适配器
! G' j7 r) F% W6 s$ e
9 V6 Z4 D9 m8 l  U. i电机类适配器
0 B/ n, t, [: P/ T6 W& X2 C9 e1 N  I
% E  ~- b, c9 J$ \  z# O1 E充电器
5 u; Z1 k8 W* |. e" i4 L1 D
3 Q/ Z! y) ~( C3 C5 x存储设备电源
% b1 o8 k, j4 j1 a
典型应用
, s" b. C- J. V: @5 D+ m" E

" j) [+ K( |& m$ ?6 |$ y管脚排列

管脚描述

; P; L; q3 h% L% X

3 w3 V  D# s- ^; L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。
! T0 m8 V. L5 p0 W3 a, z1 j. ^
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。
) @; M5 b/ M: r  g6 }1 |( A
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

. b# v/ f1 g; w6 Q5 m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。
! D. L. a# @( \7 z1 c( P
. h; _+ @! g, n0 l2.1、输入特性：

# P5 j0 T& l# Y% h8 B4 X2.2、输出特性(PCB END)：
! v, T- e. t0 \7 ^

$ r2 ]" ^' D2 \
% w: @# S/ X2 m% ~% A7 `2.3、整机参数：
4 ]( A. R" @- i0 u" b6 |/ K

( B8 L9 E( C0 O5 K/ J2.4、保护功能测试：
) }! {5 b1 N! g) C8 X

2.5、工作环境：

5 P5 V! n8 U* l4 m0 s* I) }6 ^$ ]
2.6、测试仪器：

03、样机结构信息

+ @$ G9 {; `  }; e; O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：
' ~4 p( Y: p% }% u! d! m2 i
3.1.1、原理图：
0 y2 W8 [8 k' K7 ^" s  Q4 q8 ?/ |3 s
6 _5 J4 l( F7 U% k7 o

! L* G2 Y. {$ Q* d( m3.1.2、元器件清单：
% {1 U1 S! K& k5 K: E: `$ u
8 Q  o- x% _# t" l

8 |. O" g+ p7 z7 m  d# x3.1.3、PCB 布局&布线：
# u- }9 V9 ~( c2 W

PCB 顶层布局

, p- j0 S0 x2 R0 w: j1 l" }

PCB 底层布局

$ c- S* a2 H8 M8 \0 I

PCB 底层布线

3.2、变压器绕制工艺：
8 w' Z* U) A4 m6 |+ l  H3 v
3.2.1 电路示意图：
, w- x- x2 s7 }0 O( n- A. J

& z0 d! C( K1 t+ S$ H0 F5 H7 C3.2.2 、规格参数：
' X3 z  S0 F3 ?: s, \0 ?
' M2 |! R6 W2 l" d. Y/ V+ r. m1）骨架：PQ2620 磁芯（5+5PIN）,Ae＝119mm²；
2）材质：TDK PC40 或同等材质；
; i- s6 v( h6 Q9 X% S3）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）；
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；
3 h7 L. M; I9 }9）成品要求:浸凡立水；
" `' ~) h& \& M* K+ I$ m! L- o" j
( O7 _9 T) b9 V5 T3.2.3、变压器参数:

3.2.4、变压器结构图：
( K$ t! X- x4 T

5 |! S6 I8 c. i3 r& w04、性能测评
6 o' E4 p& y- R
% Q8 ~! P0 |; x2 f! D- D, H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：
  k0 j7 X/ O: B, I1 S; `3 Y
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。
9 y# P; @. g  @+ g
表1 待机功耗
7 m0 a* p7 A3 Q% x, ^  G( H7 A

表2 输出接1.5M 18AWG Cable100%负载下的输入特性

表3 效率测试（1.5M 18AWG Cable）
7 O5 |! U) @5 A4 o

( R$ g5 M$ s% `1 g4 X表4 效率测试（PCB END）
7 |& r" c/ v- p( e

表5 能效等级评估（1.5M 18AWG Cable）
$ y+ C+ ^3 u& O# O1 u: H5 w, Q, m

4.2、输出特性：
  I2 |, t' p2 _/ i9 j+ H
: H3 R  O4 f3 u, k0 Z4.2.1、线性调整率和负载调整率: （ 1.5M 18AWG Cable ）

4.2.2、输出电压纹波：
6 l2 |  j9 z$ y
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。

. f; E2 u. I" N* G5 x

0 Q1 W$ Q) k# ]! V5 g) e1 ~- x

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

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

R&N @ AC264V/50Hz,No Load

; R' f' e, u, x6 F* u/ a

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

- a4 V# m$ p$ d8 C! e% s4.3、保护功能：

$ a# T- [& g/ L& J" \* z以下涉及过流保护、短路保护的测试。

0 c' \* I/ t: f- y8 t8 n, E( n  T4.3.1、过流保护：
: w! j" \" Y3 k0 Z* j' w% N0 l7 Q- s
) ]. M4 n9 {- l- _! g4 z0 V- R# I

* t+ t0 B6 W+ v% N" `4.3.2、短路保护：
+ g8 U/ f5 j  D; Z9 c! m
5 ?4 m3 j" t  t4 m. Y$ D" a6 L% {0 O功率计电流量程2.0A,开启平均值模式测量。

! g1 p) O- L3 D' R7 x) Y6 k

0 s: y( t3 }2 Y, M; f5 W) ^4.3.3、Peak_load 功能测试：
- M" W8 P/ O$ i9 C# x4 {7 Y
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 o) y- S3 P  Z. O

AC115V 发波周期12.6mS，Vo 最低15.6V

2 I6 T8 i# l0 M/ F1 Z5 W& k

AC115V Peak_load 功能升频151.52KHZ

AC230V 发波周期11.2mS，Vo 最低18.2V

AC230V Peak_load 功能升频151.52KHZ

6 n/ p7 e7 i& Q6 Q# N4 O4.4、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)

* X9 H& U/ u: o, k! X

AC90V_5ms

AC90V_10ms

AC264V_5ms

# ?2 x, _* _* T% Y2 A

AC264V_10ms

/ ~$ g# O) @9 i$ w4.5、系统延时时间测试：
0 [( R$ K9 _# \: k) K5 w0 t
  f( g! b# y! k# Q0 \2 j

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

+ T) T2 P8 n/ Y

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

9 S& F. r6 S; h2 u8 D8 Z3 e- x

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

9 \8 L# {1 \0 ?  z: w

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

) c" k  Y: I8 n( v4.6、其它重要波形测试：

, V, x* `8 m2 x+ }

AC90/60Hz，100% Load CS 波形

AC230/50Hz，100% Load Gate 波形

8 G) q% l, ~9 G0 i' e1 J

AC264/50Hz，100% Load 输出肖特基波形

- m9 G' Z7 J; i2 F1 _

AC264/50Hz，100% Load MOS-D 端波形

% S+ y: B: J5 a" H' y) o05、温升测试

; Q; V: U' `9 [, O测试条件：带外壳在40℃环温下长时间带载3A 老化。

- ]4 S# @* E2 o& |

06、EMI 评估测试

测试条件：
( Z. ^& g. E3 S# Q; B
7 x$ k; D0 E6 O  o输入：AC115V/230V；水泥电阻阻值6.67Ω，带线1.5M 18AWG 测试；
# D/ G6 v- Q' {: q限值标准参考：EN55013、EN55022B。（测试结果仅供参考）
8 w* p6 f8 T1 z0 I

AC115V 传导L 相

AC115V 传导N 相

# E: Q! @4 l8 V: d6 J9 h* {7 p

AC230V 传导L 相

1 M7 V0 W0 L' w5 P1 S; B

AC230V 传导N 相

- u% j$ `  ^) S

AC115V 辐射

AC230V 辐射