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。
9 G; |9 t. Z8 ~+ y7 e! z
01、样机介绍

) E- S; b+ K$ r$ V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
9 u8 e' D4 O1 K# K1 ~- T3 v$ `
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。

5 u5 i! e6 f4 y. I, N特性

3 ]) ]! Z" N8 G& n: d较低的启动电流 (大约3μA)

内置软启动减少MOSFET应力

+ L# ]4 H2 x) }/ k- s6 L  p) R带有Peak_load 升频功能；

. U8 ?* r6 A* _+ r( UCCM+PFM控制模式
: l4 W1 m8 J" `6 i9 @
% J- }4 K1 N4 s) D  ~% V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
2 {1 R, }6 R' e3 h
内置65kHz开关频率

轻载降低工作频率

15ms倍频模式

6 s/ B2 s% ^" N! w: U3 q可编程外置过温保护并进入latch

0 {; o) ^$ w2 X# GVDD过压保护和输出过压保护功能并进入latch

, p! A. F6 j0 j. ^& A) i4 w内置前沿消隐电路

内置输出二极管短路保护
8 s8 j+ N5 O# f7 M2 o
内置过温保护并进入latch
- O. a+ C, `' ?. y  w
过载保护
" q! B" R2 x% s1 q0 v
SOT23-6L封装

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
9 _# Q* z% \& S4 e% B
. A$ c7 J' \2 d. U7 Y) n! z2 EAC/DC适配器
" ]4 H5 u  ?) D/ E5 Q
电机类适配器
: a% f) o) H& V
' J  T; n; l) N9 I充电器

存储设备电源

* ]  Y% Y9 D/ h典型应用
2 V: \0 j( p' q; M

+ u9 u  E& N: T+ ?' N管脚排列
" V: V* g/ A) C/ h& R$ g1 S

管脚描述

7 C. s, ^1 v8 V4 M1 W

  p+ i7 o- y" @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。

8 z7 H, i: ]/ ]7 Y8 K7 }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。

; ~( z) t4 h- a1 k* O! a: i( U02、样机特性

3 @0 \( y. x" M) n/ t& h$ p1 g/ E0 Z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：

) o+ S; K( i. l& S# `4 Z2.2、输出特性(PCB END)：

2.3、整机参数：

; {4 ~+ ~; ~  W& m4 f2.4、保护功能测试：
3 h1 _6 V4 |$ T

6 \0 e( {& H8 m0 n2.5、工作环境：
* O% u) U# J, o8 a6 _0 T# L- j

: i5 [$ M6 p8 Z$ x, i" z; k7 P2.6、测试仪器：
2 |3 p8 {% e' b9 D6 B1 `7 |; C

03、样机结构信息
' T, ?& D& U) t+ |7 I, l
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。

+ F) ]' F9 |& D9 U' R8 z7 y3.1、电路原理图及BOM：
1 F7 r6 ^' r6 z; q: K/ @
8 K2 r, t( f/ [4 C9 b3 s" c. O3.1.1、原理图：
' g+ H3 v/ b6 o1 S' Z

3.1.2、元器件清单：

3.1.3、PCB 布局&布线：

# t& P0 \$ r% {2 |- F) {6 N1 _

PCB 顶层布局

0 X4 o. d- _: d4 E6 V5 ]

PCB 底层布局

PCB 底层布线

3.2、变压器绕制工艺：

7 g, a" Z/ J  b; L3.2.1 电路示意图：

3.2.2 、规格参数：

1）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；
. N* q) U8 m# g/ O; u9 X6 C4 E! b4）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；
9）成品要求:浸凡立水；
# S& O  i# n( R) N# U: X# N
3.2.3、变压器参数:
1 N; f, u) P/ Y+ q' [
7 e! H7 A5 Y1 w5 D$ T

3.2.4、变压器结构图：
$ L9 V3 k" F: \, N' D* L

04、性能测评

& d1 Z* U4 C6 z2 @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。

7 u! Z/ j4 a" `  X表1 待机功耗

" h8 \7 T7 q( o* c1 I表2 输出接1.5M 18AWG Cable100%负载下的输入特性

& _3 N3 H1 T1 q3 l表3 效率测试（1.5M 18AWG Cable）
3 S' Q; O8 \; C- O6 J* ]: \9 w

表4 效率测试（PCB END）

5 ]1 G* [4 t: G' T3 K1 M表5 能效等级评估（1.5M 18AWG Cable）

0 ^+ @, I" ~# [; p4 N4.2、输出特性：

1 X8 Z( J1 c  u4.2.1、线性调整率和负载调整率: （ 1.5M 18AWG Cable ）
5 @) E* k! I# q: ?) \+ a

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。

1 }3 v( n% v8 M9 |; ]7 w) `

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

  t6 P6 l6 V) ]2 K; R

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

R&N @ AC264V/50Hz,No Load

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

4.3、保护功能：
: [7 v$ c. m2 `  K: Z8 O
! z# H' G" D* i" p& b+ u  o8 m+ w以下涉及过流保护、短路保护的测试。

8 i5 O! h0 x; T( X2 R4.3.1、过流保护：
2 Y3 V/ V1 [5 E. w
+ g1 X) d+ k# J, {& y) Z

8 L' x: _2 i  T2 R! T' ~4.3.2、短路保护：
+ O, z5 ]$ Y2 ?2 L0 _
功率计电流量程2.0A,开启平均值模式测量。

0 v7 q, V/ }) H

# ]) K7 b6 n$ h. l4.3.3、Peak_load 功能测试：
1 m1 A) ?; G7 U5 u
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。
* N0 _3 _: N- ?9 Y& W, Z
1 l/ y8 U6 ~" r. s& K0 |

AC115V 发波周期12.6mS，Vo 最低15.6V

: v( @( q8 a1 n6 d" t

AC115V Peak_load 功能升频151.52KHZ

0 x+ f6 S# B6 B/ O% D* d0 s

AC230V 发波周期11.2mS，Vo 最低18.2V

, ]0 B5 @$ Z4 S1 t5 A! i6 \9 i

AC230V Peak_load 功能升频151.52KHZ

% A) B; ^4 |: h' w# l  {# G4.4、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)
) P2 R8 p- n- z4 G- p3 Y
7 r* l! |- m2 C2 |3 A4 a

AC90V_5ms

AC90V_10ms

AC264V_5ms

, m- m9 r6 b2 V. Q& a, q" b4 p

AC264V_10ms

4.5、系统延时时间测试：
) w1 _# ~+ C" v

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

- q& p' X; l$ k+ c

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

  Y: l: {# @+ g  E1 g$ d

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

4.6、其它重要波形测试：
' M% I8 Q' r* y" U7 e
/ k  ^: Z( e* R, K& Q6 \# c' O

AC90/60Hz，100% Load CS 波形

1 e  B& J+ s2 X2 u4 ~+ K. e5 R) U

AC230/50Hz，100% Load Gate 波形

AC264/50Hz，100% Load 输出肖特基波形

AC264/50Hz，100% Load MOS-D 端波形

05、温升测试
0 K" G7 L) l$ x1 u# E' q/ Q
测试条件：带外壳在40℃环温下长时间带载3A 老化。
5 }" S. N( Z! `# [& o- X

& T' @0 T* ]& j$ E( X' X06、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）
* w1 S$ ~; |" [% G$ y3 k3 W+ Z% j

AC115V 传导L 相

AC115V 传导N 相

& b  F0 z+ H' T: k; i( [

AC230V 传导L 相

+ K) l1 J' }/ m% m$ X) d

AC230V 传导N 相

AC115V 辐射

% w3 T& X3 f4 ~- R$ R

AC230V 辐射