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

& t$ }' F2 r  a5 Z. R, C9 i: x( t
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。

+ y' P8 Y: F. p! f2 O4 Q01、样机介绍
, l& X; E* s9 D; n" x
! W4 Q4 l, ^$ N" [- t7 k. i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。

; x% D  F4 b; C0 Z' J' I

CR6890H_20V3A 工程样机示意图

CR6890H 芯片
* L' ^: U- g5 Q7 p! L5 e- ~; E
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。

4 L  f+ {  X% O+ E; ^4 J特性
' |8 b- Y4 Y/ O% }5 y2 l9 v( p9 _
较低的启动电流 (大约3μA)
' J( i: }9 m! u% V% H
内置软启动减少MOSFET应力

带有Peak_load 升频功能；

CCM+PFM控制模式
& J7 o8 x+ K+ L/ N
内建同步斜坡补偿，消除次谐波震荡
; [: q' l- ]7 N& y
内建频率抖动功能，降低EMI

4 y2 i. X* h1 @: d, A% f6 H, m6 t* [9 a内置65kHz开关频率

+ p+ H$ G( N+ E2 v) b轻载降低工作频率

( R7 A4 B& r. D. S$ b4 x) I0 L" f15ms倍频模式

  V' d- `+ t* }. p6 i+ P可编程外置过温保护并进入latch

5 v9 q2 x, N+ t" \# ^VDD过压保护和输出过压保护功能并进入latch
& T) [: i' ^9 Z
  A- Z3 Q  K  w. l& w内置前沿消隐电路
. \) i) T; t5 r5 A4 R$ q" X
3 A. S; e. Z; k9 D+ b; N, l内置输出二极管短路保护

+ ?6 k2 w; z* q$ P+ s. x4 R内置过温保护并进入latch
5 [: \9 t8 j# m, X
; l' `, G8 Q3 j" l# f过载保护

; r# ?% V  @/ y  s: [SOT23-6L封装
/ `% K) ?3 |  ]" Y1 u
1 q7 ^, @: Q3 ~0 O" D1 ^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。

# p* s6 V( ~2 ]; L  o* I! I. q基本应用
+ J: Z+ F2 i. u( R# p3 U, j
AC/DC适配器

6 _5 z# o& ^( A1 k/ W7 R+ j电机类适配器

1 w5 B$ ?+ r$ i, v% B充电器

3 N/ C+ H) @3 \$ n: `* C4 F. |% z存储设备电源
4 W7 k8 x- H2 @& o
% C9 E9 L) |! [典型应用

管脚排列
& ]3 ?, P: H/ l* [( E, x- i2 |

管脚描述

. N* B! x1 S" R; {, N8 C" p

! Y% r) t) o/ q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。

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。

/ y* E6 q7 {" k1 u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。

: ?8 ~4 K: J6 L, S! h" f6 v! b4 q* ~02、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。

2.1、输入特性：

2.2、输出特性(PCB END)：
  B8 g6 D  J* ~/ s, o

5 N$ U0 d7 M* j$ p. @; {
2.3、整机参数：

2.4、保护功能测试：
/ t8 l% T* G% U/ ]/ p

2.5、工作环境：
) [7 T1 i; N5 @

2.6、测试仪器：

03、样机结构信息
7 L' d9 I: \- T6 v! a' h
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。

) R% g# N0 O& m7 h7 z# d, \3.1、电路原理图及BOM：
" P8 v1 [% c' G( f0 b$ W; c
3.1.1、原理图：

' l+ k5 ^5 b; {4 G$ t) d

3.1.2、元器件清单：

3.1.3、PCB 布局&布线：
$ C2 M1 r- R' }8 M+ h! r# U( U( ^

PCB 顶层布局

PCB 底层布局

PCB 底层布线

3.2、变压器绕制工艺：
4 L8 H% p: c4 S" y9 b4 U: m7 a
3.2.1 电路示意图：
. V; u1 g; j3 G. k

3.2.2 、规格参数：
* a5 i3 T3 X; G% ~
1）骨架：PQ2620 磁芯（5+5PIN）,Ae＝119mm²；
! u3 ]  i. F8 m8 {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；
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；
9 E/ ]+ u$ G6 [; ^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；
# d# y) ]! b4 k8 f' z6 F9）成品要求:浸凡立水；

3.2.3、变压器参数:
2 D3 x! I9 N) u3 v" R- W

3.2.4、变压器结构图：

" b# S+ A' E5 V. N$ n- m, V  Z04、性能测评
; A: W+ p; T$ C& |% t
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。
0 q0 n& Z( ^0 ^6 J" n. Q- ~" W
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。
9 G8 {0 `1 `) u2 p; s5 ~
. c3 c  W: P; P: q. G. F) o表1 待机功耗

# k4 V/ _+ H. e8 J- T表2 输出接1.5M 18AWG Cable100%负载下的输入特性
/ H. r5 G# Z. X. U  B% |% G+ [4 _

# P5 O3 ~% W# H表3 效率测试（1.5M 18AWG Cable）
, R5 h; q& h5 m: y* y" M' r

+ W0 H% Y' k1 C2 M8 t) d( l7 a表4 效率测试（PCB END）

* e) Z& L$ v& Q& ], t6 q表5 能效等级评估（1.5M 18AWG Cable）
" i& y( @2 D- H6 T& q0 z( X

' i$ p. n( ~& V' ?0 w( G, K4.2、输出特性：

4.2.1、线性调整率和负载调整率: （ 1.5M 18AWG Cable ）
( q/ Y: I$ Q* s

0 _2 v: q/ I9 K1 j/ o: h. a- p0 i4.2.2、输出电压纹波：
( X0 Q, f- C+ n  n8 y/ Q  i6 n+ e, M
8 o1 t" _8 T2 {5 Z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。
9 N3 K, l( l9 F' D; V$ b
5 V! Y- s1 e9 T" S; m1 l

0 O: w8 R& M+ R5 Y( }8 m. j" S' p* U

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

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

9 {7 B+ U( F' R  V  e5 V; g1 E

R&N @ AC264V/50Hz,No Load

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

* }- U, ]8 f! t% n  l5 S4.3、保护功能：
8 r% D- ?- w( ?* r  l% L
: ?$ g0 ?. q5 C) a6 v以下涉及过流保护、短路保护的测试。
4 D2 w8 o' g' E, p* y
4.3.1、过流保护：
) ]9 C9 l; K3 s+ \7 `
1 ?# D1 f$ @5 W) e  m/ v/ b. I# A

7 S: x% _3 J, C2 Z4.3.2、短路保护：
, u$ H, F6 m& Q; r! u
  f: i6 P/ x3 \; p! \功率计电流量程2.0A,开启平均值模式测量。

' K/ V' J9 S  B1 Z* i6 S

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。

- h0 M2 z5 `6 x3 P% |, w

AC115V 发波周期12.6mS，Vo 最低15.6V

AC115V Peak_load 功能升频151.52KHZ

# b8 h; e2 n& L% W

AC230V 发波周期11.2mS，Vo 最低18.2V

AC230V Peak_load 功能升频151.52KHZ

6 ^  E, l# K7 s4 i4.4、动态测试：
7 W  `0 d; ^6 ?+ v! i: a. j! t
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)

7 [6 L, V/ P+ U! |

AC90V_5ms

AC90V_10ms

! g+ p, U/ W( r% s; y9 E' z: _, |

AC264V_5ms

' N* O$ \9 ^8 a8 M' N# d

AC264V_10ms

( m# n3 l+ ^, n6 @2 O% A4.5、系统延时时间测试：
  C+ N) w; A6 S# ]- l6 B2 F
7 ]4 y$ P0 U! \* Y4 C9 P2 m, q

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

  P: E. J: |5 p3 _$ K6 A% x3 g

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

7 w" d+ Q$ `) O3 r$ A+ c( ~5 o0 L4.6、其它重要波形测试：
8 j9 K; v: d4 o; U% Y
4 Z: R* F) u) a4 H  P% m

AC90/60Hz，100% Load CS 波形

AC230/50Hz，100% Load Gate 波形

AC264/50Hz，100% Load 输出肖特基波形

0 B( x$ S! q, x6 E

AC264/50Hz，100% Load MOS-D 端波形

05、温升测试
  q/ a8 y! A& V
测试条件：带外壳在40℃环温下长时间带载3A 老化。
, }0 ^9 t' S7 h& D. H' v& m7 _
/ F4 x3 Q. f7 t' c, V: e8 a! s

( a/ I: a8 P: r+ l0 F$ w9 M06、EMI 评估测试

测试条件：

" j7 v% K& P$ m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）

8 U- W, r  @9 r

AC115V 传导L 相

- t6 @5 N4 U  G* c( M

AC115V 传导N 相

AC230V 传导L 相

AC230V 传导N 相

. }6 G) G: \' q8 U* ]; f

AC115V 辐射

5 L3 {$ e( ^$ d7 s# V% m2 i

AC230V 辐射