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

9 |) b7 Q* P& |* ?8 |4 }
- G' W) B; k0 l9 e5 [0 K# J5 S8 @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
; B. Y2 j; S& G8 F( \) G
0 d! h, k0 F% u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。
2 ]- }; P4 U# Q) n: Z) t

CR6890H_20V3A 工程样机示意图

# u1 p2 n' J9 G* J% k; r9 kCR6890H 芯片

0 ^+ S+ O& A- ?  oCR6890H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。

特性
' }5 v: w/ y6 t- e6 L
较低的启动电流 (大约3μA)

内置软启动减少MOSFET应力
. R9 _/ O; T2 l& l6 E
带有Peak_load 升频功能；

9 d3 i1 ^! ~6 s0 uCCM+PFM控制模式

) w8 Y1 c0 r% G内建同步斜坡补偿，消除次谐波震荡

) T& S% i& t/ w' c( @内建频率抖动功能，降低EMI

内置65kHz开关频率

4 S" @0 R6 Z5 {$ ~1 H- E  }轻载降低工作频率

15ms倍频模式
2 w6 r7 @  l7 N
可编程外置过温保护并进入latch
& w% n, v& P; c. O
VDD过压保护和输出过压保护功能并进入latch
6 n/ o" I1 v: w1 K
5 M$ ^3 H, J  R0 B- `" n4 G内置前沿消隐电路

内置输出二极管短路保护
0 b3 A" ^: ^9 v- d: M, }4 k
内置过温保护并进入latch

" |  n# J: Q- s; N4 f* n+ ]& S过载保护
+ k- e) w! z6 K4 h6 c
# z1 ?! @2 \0 x" X# `SOT23-6L封装
! Z7 z: F- Q( U9 t, D# a  J$ c
- k! \1 u3 D0 f( r, `4 ?2 s& \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。
7 _* F/ T9 t! b; p8 F8 Y6 @& y
基本应用
/ ^+ U8 G$ E: J
AC/DC适配器
+ S* A) F% Z) l8 M2 J3 b
电机类适配器
( v; J2 r3 N  t+ M$ U( O0 c
& L7 Q# R4 ^8 T& N2 w$ C充电器
* M6 s% s+ W% k! j+ ]
$ {8 b& f" k; X9 Z存储设备电源

典型应用
" N" Z0 z# P" O% f' r3 P% Y" ?

5 K) g- J# ]) a管脚排列

; W, a# x% Z. k  |- w. _

管脚描述
- x) n) l1 n$ j- H5 G  y

% L* o+ l7 |- ]+ n4 `9 n. m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。
* o5 f7 `' c3 P/ n
. C0 [5 X- s3 `) E  W2 p" T* L: G# c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。

1 O: K- ]) C# X" M  w' H02、样机特性
5 j' F* P; ?, u1 z* k5 z7 ~) @& T3 k
! P5 y4 B, X6 y  l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 t4 }+ b, m- G' k( ?
2.1、输入特性：

* _) d0 V+ ^7 g5 }4 U
. Q' {; |, Y; s' N. `& c! M2.2、输出特性(PCB END)：
" P. l) V# b; z) \' P

% W" U0 O( o3 T- U/ v" F; r
2.3、整机参数：
& e# S; _  W2 ^" G1 M' k0 ?# g

2.4、保护功能测试：
4 t$ T9 _/ i/ Z4 ~% g

# {3 b3 ^+ S+ l# ?$ @2.5、工作环境：
. \, \$ a& ~6 s( x$ K" v

+ X1 I) W  l3 ^9 X2.6、测试仪器：
. r* l; u8 V+ o* D8 H* ^- U1 |% w

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。

% w! ]2 i; x/ `; ]0 F: I3.1、电路原理图及BOM：

7 {1 T. x/ l& W: v3 E5 v! y  J$ T6 O3.1.1、原理图：

3.1.2、元器件清单：
- t* D5 I. Z+ D

3.1.3、PCB 布局&布线：

& o$ ]; R" z$ N/ B3 D

PCB 顶层布局

) e  R! S6 `1 C1 f* h% E) H3 |

PCB 底层布局

( K3 i& r- T2 t+ J; j7 R) h

PCB 底层布线

3.2、变压器绕制工艺：

3.2.1 电路示意图：
* x4 g6 \# U( N/ I  d* s4 d6 n

3.2.2 、规格参数：
, a/ y; {/ o! t# ~! R
( R. Q7 Z5 p( Q4 m/ q6 M2 x* A1）骨架：PQ2620 磁芯（5+5PIN）,Ae＝119mm²；
; U9 J5 N$ G  v6 F4 R' O9 ]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；
& Z# s' n  i( ]1 J' W5）绝缘胶带:3M900 或同等材质；
/ g/ Q; @3 Z6 s" C( ]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；
7 x& Q. M* M1 p* U1 u
3.2.3、变压器参数:

% D- V' o. _8 U& a3.2.4、变压器结构图：

# \1 d) {- r. N4 H$ z% s! g04、性能测评

+ k; z4 F; H$ }" Z4 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。
$ G) v# ], c2 h3 U4 I) z0 \# Y3 ~9 e
4.1、输入特性：
( f4 z, J. J# H" \8 X0 y" i% ^
! m" W" v7 P$ ^* L( K0 ^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。
' K. U1 _" r  A) N# t
表1 待机功耗
1 W1 j( s! Q& e6 x# r  l/ \

表2 输出接1.5M 18AWG Cable100%负载下的输入特性
; l' T+ v0 E4 ?; J) a0 ^8 G

表3 效率测试（1.5M 18AWG Cable）

' k9 n! T6 ?! ?/ i4 m2 e% M- p表4 效率测试（PCB END）
6 A' A% M* @; r* Y- H$ z

表5 能效等级评估（1.5M 18AWG Cable）
, h4 A# e! N4 ]) ^7 G

4.2、输出特性：
. y& B1 N; u4 y  M) h
4.2.1、线性调整率和负载调整率: （ 1.5M 18AWG Cable ）
: ?0 B, _, h  E! d

4 }* m' s" T% t( w5 O5 s! ~% j$ z$ D
5 G- x7 @. t6 L9 V2 J4.2.2、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。

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

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

R&N @ AC264V/50Hz,No Load

; a! S1 l/ S$ r0 I# }6 j

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

4.3、保护功能：
+ V4 O- |  q! w4 i2 j
% M( c+ J! B0 X, g以下涉及过流保护、短路保护的测试。

0 g" b7 H. E8 Z6 B. g, |# W0 M4.3.1、过流保护：
, k& Q' G# M7 I$ ^" b

4.3.2、短路保护：

! D: d4 \) B4 v) M' t功率计电流量程2.0A,开启平均值模式测量。
3 o+ E+ r  g+ M) C! X1 M

( A4 T7 B$ {6 y& _/ S/ R: k6 D4.3.3、Peak_load 功能测试：

; ^% j2 [+ |; N0 D. n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。
7 b4 H: O  c" @+ x, w1 p

AC115V 发波周期12.6mS，Vo 最低15.6V

: Q+ o$ z* [' _1 O% x

AC115V Peak_load 功能升频151.52KHZ

0 X# F0 i; Y5 T/ ]6 K' U+ x7 D

AC230V 发波周期11.2mS，Vo 最低18.2V

5 G0 d. j2 K3 V- F) v

AC230V Peak_load 功能升频151.52KHZ

+ k+ U  m- x* r4.4、动态测试：
- ]3 v) T1 q# i0 C
; I9 x5 {8 W3 Q, a0 ~. x* \6 \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 X( I# V! ?0 C; p- b" p' c' Z

AC90V_5ms

AC90V_10ms

AC264V_5ms

AC264V_10ms

) G$ K- I1 ?* `' S, }4.5、系统延时时间测试：

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

; @% b: s/ C0 j0 q4 Q$ ^6 m7 h

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

% U' p' O( T, e4.6、其它重要波形测试：
- m. E/ g1 r; I0 G/ g! ?
$ A* y7 [, x& Z2 Q

AC90/60Hz，100% Load CS 波形

+ L! q- S( j: M) v* i8 J3 K

AC230/50Hz，100% Load Gate 波形

; u1 p; I( Z& m& {9 d5 Q0 ~% Q- M

AC264/50Hz，100% Load 输出肖特基波形

AC264/50Hz，100% Load MOS-D 端波形

2 D* Q. I" L, Q0 D! E05、温升测试

测试条件：带外壳在40℃环温下长时间带载3A 老化。

! |' a. Q8 v4 K, r

, e8 G; B$ m3 v0 O: F06、EMI 评估测试

$ ^/ \( S# T! B测试条件：

# ~" L$ [6 p" V; c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）

AC115V 传导L 相

AC115V 传导N 相

AC230V 传导L 相

AC230V 传导N 相

AC115V 辐射

AC230V 辐射