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

$ B1 F4 D& i4 S  B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。
0 t) n; e% {% S; R( \4 k8 ]
# k7 W4 X9 t4 d$ X: |' H7 o1 l01、样机介绍

5 i! B7 \  A7 O  w( }- E$ K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 I; N* {, p- y

CR6890H_20V3A 工程样机示意图

9 T9 R) Y$ B5 Y% R2 dCR6890H 芯片
( \/ k" ?0 i* }& p" Q1 |. Y9 |$ F
# W& V: J) D) c! zCR6890H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。
; W+ H8 ?, o9 l, P# R. i9 Y1 y
特性
) A5 B$ O) |, E
较低的启动电流 (大约3μA)

内置软启动减少MOSFET应力
) F6 S3 G/ J" x' L6 }0 D) {" B
带有Peak_load 升频功能；
: [5 ?2 R) ?: [. E6 s9 h7 z
4 j7 s* M6 G8 Q0 A4 B1 UCCM+PFM控制模式

# y* y4 u) m4 a$ e; `& p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

4 K6 X4 T3 y1 X内置65kHz开关频率
' x* T5 W+ O; P, E; J
轻载降低工作频率

$ n" Y+ f, \3 ]1 c6 M15ms倍频模式
0 ^1 L5 P) L' A" s5 d2 I
( A* M& j6 H$ m% X7 }5 `可编程外置过温保护并进入latch
7 ?4 J* c8 F/ G/ ?4 w
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
  f5 m% x- N% D: d
内置输出二极管短路保护

内置过温保护并进入latch
% o& {0 b  A5 ]3 Y$ o
过载保护

SOT23-6L封装
3 p5 {& H4 w3 \& c: C
+ y9 C7 f) Z+ x* l+ T7 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。

% M4 d0 W: v& j1 o3 m# ~基本应用
, V7 B4 v$ r( ~* M: M
- `! `+ r" a' @* n& L2 iAC/DC适配器

电机类适配器
4 m5 A" m. g( }) c. H2 I! [) C0 ?
; N6 k9 H1 k5 @6 j  v充电器

存储设备电源

& B, h* H) `$ c9 H3 Y6 _典型应用
$ I) K9 P& [2 ]) O

管脚排列

3 M; {2 w; B9 S! O* _, M, e

管脚描述

7 L7 v$ ?- _9 W, ^9 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。

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。
; c% e) f1 H* T
02、样机特性
2 Y  x6 h& B+ o
" O; `; Z- l2 w; ?- v* ^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。

, a; Z  P3 m2 x! B7 O1 A2.1、输入特性：

! I( @1 t* \1 N4 J8 P$ |2.2、输出特性(PCB END)：

4 T. D# H4 Y& C
8 l) n* ?+ I; b2 c$ u, X2.3、整机参数：
+ ?8 j! W3 M& n* W8 U

2.4、保护功能测试：
' D. _% B, `2 d. @

2.5、工作环境：
! l7 [# N( d! j

* @: Z# P- m5 T7 B* P) W2 x! `7 a. D& _
2.6、测试仪器：
+ A4 ~  c0 q! k  n: S4 r

03、样机结构信息

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：

% }' z) V( q; E" U# m$ N3.1.1、原理图：

3.1.2、元器件清单：

% l- d! F0 D9 I0 L( I3 t) N" O

# {9 |# W7 [0 n0 Q$ z0 |3.1.3、PCB 布局&布线：
: e7 p# ?' l4 G: _* c
' l7 [! p  v4 O' r* s

PCB 顶层布局

PCB 底层布局

PCB 底层布线

3.2、变压器绕制工艺：

  m$ m1 e; L9 x" Z3.2.1 电路示意图：
4 v; {: D4 B) S9 X9 C& g

3.2.2 、规格参数：
. w3 b: t; R" |8 w9 |# T/ n" _; S
1）骨架：PQ2620 磁芯（5+5PIN）,Ae＝119mm²；
' X0 d- K- a' i! j2）材质：TDK PC40 或同等材质；
" e1 j: e8 l1 r3）初级、反馈: 2UEW 漆包线；次级: 三层绝缘线；
8 y$ v' w, s7 {: }" Y7 X( |; E4）N1 N6 N7 绕组从变压器针脚B 进线从顶部A 出线，磁芯接地；
* `3 m' `% @) v; b8 l5）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）；
* I& O+ a' I5 |( ?8 S6 \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；
$ [! I7 q3 M  b6 T0 t* \: R
3.2.3、变压器参数:
% b5 [0 }  A1 Z! @# j  w- _
4 ^8 G& R' n- `& \8 d5 S; g+ I7 n

3.2.4、变压器结构图：
) A3 Z$ W. p3 L' c: E

04、性能测评

2 m( B$ j# [5 A  d  I2 s; H8 K' w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。
; z+ l+ [4 w+ C( H  g$ o7 {
" p7 x8 i, j6 }7 I5 v' |, q% n4.1、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

" T5 }& R2 B' b4 ]8 k表2 输出接1.5M 18AWG Cable100%负载下的输入特性
6 g; |0 f  k5 M# S

表3 效率测试（1.5M 18AWG Cable）
7 K  b" ]0 n+ }$ K8 o$ b, a& D

3 x# D* ]5 Z: F表4 效率测试（PCB END）

- t; L/ i) o, w7 A表5 能效等级评估（1.5M 18AWG Cable）

" [3 u: L3 R* w+ F" }4.2、输出特性：

4.2.1、线性调整率和负载调整率: （ 1.5M 18AWG Cable ）
% k/ e4 A$ }- I- U- y2 B. H

* Q% W2 C- `( x
& R1 K! W/ o3 N4.2.2、输出电压纹波：
" K3 E0 L  Z$ G* `8 M
5 D' v) J) W  q. ]' T+ b- @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。

; c$ X! x& _; ?! `7 M

( u6 I7 ?. y8 ^7 H3 E

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

7 G0 k& n" V& Q8 U9 a2 n

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

3 b. B2 C0 h& e% {. y

R&N @ AC264V/50Hz,No Load

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

4.3、保护功能：

& E/ l5 c- a" A- w, M7 ]以下涉及过流保护、短路保护的测试。
: D0 D( T3 r# V) N
4.3.1、过流保护：
1 z* L1 H* I) K! k

$ w( C% J; @. X- ]4.3.2、短路保护：
; g) [7 E% {% y7 _- F. [
8 K; x0 u+ N# Q0 E' x! d功率计电流量程2.0A,开启平均值模式测量。
( \& X* ?7 j2 D0 ~7 O9 I
: f! S6 Q' Q: ]) @1 g/ V  A

4.3.3、Peak_load 功能测试：
! S5 A. ~' t4 L" x, \2 Y
3 S/ f9 H8 Q) Z1 D$ C  b$ ]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。
2 ]* x" ~* c! h9 j; q

AC115V 发波周期12.6mS，Vo 最低15.6V

% Y) K1 s" b( R7 a) l

AC115V Peak_load 功能升频151.52KHZ

+ H. w+ x9 g$ q" _

AC230V 发波周期11.2mS，Vo 最低18.2V

AC230V Peak_load 功能升频151.52KHZ

4.4、动态测试：
5 r& D5 N+ u6 |/ {" Q6 t
/ \# t7 z' I8 @! t5 {% |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

: w6 i) A+ \" }' L! L7 ]

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

2 m" T. C# ]7 u8 r* y9 Z6 p

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

, ~/ d+ ]$ L9 w, X5 m

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

! c4 l; m$ S9 x% L$ i2 ^4.6、其它重要波形测试：

2 m8 q4 L9 i) ^/ O

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

  Q  I: x! G' B% d: d

AC264/50Hz，100% Load MOS-D 端波形

05、温升测试

测试条件：带外壳在40℃环温下长时间带载3A 老化。

7 f0 i7 }( U" u& B4 G2 b06、EMI 评估测试

: Q  t* w: `0 n$ S, `测试条件：
, v2 g+ f, z& O: v
输入：AC115V/230V；水泥电阻阻值6.67Ω，带线1.5M 18AWG 测试；
: Y1 }$ V4 f/ q! N1 \+ s. Q限值标准参考：EN55013、EN55022B。（测试结果仅供参考）

/ d/ n0 E2 g- o% i7 v- j

AC115V 传导L 相

AC115V 传导N 相

AC230V 传导L 相

AC230V 传导N 相

AC115V 辐射

, b2 }8 I- G2 |0 o

AC230V 辐射