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

3 g1 B5 a9 a* n4 l$ r) y% F
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。

+ W9 Y5 X7 [! U" ~# b6 \; R01、样机介绍
" B. d4 Z2 ]+ i/ w6 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。
$ |- k  l# }/ }8 w0 g- R6 D

CR6890H_20V3A 工程样机示意图

+ g5 {7 c  Y3 M, O6 ]4 b$ ECR6890H 芯片

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。
6 R( j6 D$ E8 L& k+ N' l
$ H9 ^3 g( _. Y2 Q8 g特性
4 u# S8 V5 T/ A) B! y5 n9 u0 t
较低的启动电流 (大约3μA)
( g: f4 B  I9 E/ B' F6 O
内置软启动减少MOSFET应力

. `  e! v/ d- T, Q带有Peak_load 升频功能；

! F/ p' ?1 L+ U3 v/ H( D$ U2 ~CCM+PFM控制模式

( |2 g( z4 K9 u内建同步斜坡补偿，消除次谐波震荡

8 b# D+ `$ h* l* e6 ]+ C内建频率抖动功能，降低EMI
- K& W" t( H) P: ~
内置65kHz开关频率
# c5 E6 {8 L1 S8 r9 \; T/ G
轻载降低工作频率

9 Q$ P+ ^1 l$ G1 k- V15ms倍频模式

; \; H- A: K$ p) d/ Q* ^可编程外置过温保护并进入latch
! a# }' D+ \$ [) o& X- g
2 Z# k) V) Y$ T$ c& y/ ^% g& QVDD过压保护和输出过压保护功能并进入latch
. Z" b1 U- i& ]" s: ^0 ?: h. e1 ^
" E/ D5 j- B* L! u6 d5 g# D内置前沿消隐电路
  \  b( ?# M* R4 A
内置输出二极管短路保护
3 \; H7 B% d$ Q. r& ^9 I
内置过温保护并进入latch
0 o0 s  R) R2 l+ R$ w3 }: L8 z
9 w2 l1 z5 {8 O8 G" k4 [9 I  c4 Q过载保护

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。
5 V4 m$ i. _. d' Y8 P( o; q* |& a% v/ H
基本应用
7 z( l4 w  ?/ _; Y0 @, ^$ V; P
: k4 c3 V" B+ Y, z* WAC/DC适配器
1 ~3 S3 b, i+ o) ?
电机类适配器
! V% R  x( B* C* ^8 X# i  z
( F7 N% Y- `7 o( b9 l充电器
/ s4 e0 [+ o0 [% J7 A
存储设备电源

& G2 S1 K; `5 _2 t* g: |典型应用

! [9 [* l. K/ n$ R管脚排列

0 [+ l' |/ S1 p" a$ @) W

管脚描述
& s& B1 p) w  @% D6 n! s6 }# ~
! l' M9 q7 [0 s: i2 d: D0 H0 {

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。

0 h) G5 c9 w" |: `& |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。

' I' Y9 q. c) p% c# w02、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：
, R# Z2 ^" J* r+ U$ E

" m' K$ Q: s: }) b* Q
2.2、输出特性(PCB END)：
; C9 v& p" f% |$ e2 \4 L$ ~3 I; M

0 m9 Y  k( D+ w
2.3、整机参数：
- N  q! e+ r4 M# ?% i! \

2.4、保护功能测试：
- [$ d) ~9 J5 ~9 Q

/ a$ @* L( H, m6 K/ w2 x( S2.5、工作环境：
: F+ C4 e+ L! M- R1 {7 Y  ?

9 P; N0 y7 z, v+ i
2.6、测试仪器：
' D" _" Z$ M( z9 ]

03、样机结构信息

/ K+ I* K" U, T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。
0 _( f# V  H- S- N, X6 V
4 I, |& t4 b4 y% W3 A+ Y8 |3 t2 G3.1、电路原理图及BOM：
, B! T. I! t0 a/ x5 E  K
3.1.1、原理图：
6 K' h& ~, d3 `) A% L

3.1.2、元器件清单：
+ t, k/ B5 F% x) B  [$ Y

' k! y0 s( J: i) V* n' u. ^3.1.3、PCB 布局&布线：

3 S5 I/ P6 S" f

PCB 顶层布局

PCB 底层布局

: w2 O9 L- K) e; l) k

PCB 底层布线

3.2、变压器绕制工艺：

. S6 C' F9 K3 E" U/ S- ?% \3.2.1 电路示意图：
2 F9 ]" T- i# S' V, ~- E

1 Z% ?* a1 t  f0 W+ v8 i3.2.2 、规格参数：

3 v) r( K8 @0 z  J6 b1）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；
+ r6 h. ^, j3 F5 q1 ]! m4）N1 N6 N7 绕组从变压器针脚B 进线从顶部A 出线，磁芯接地；
+ z6 z; k" W8 z# W+ w3 O% J: N- s5）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）)；
2 V) \9 I' [1 z) e8）耐压测试= 3.3KV 5mA 1Min；
3 x" W9 r- ?8 a9）成品要求:浸凡立水；

3.2.3、变压器参数:
  z  g/ H; N. Q- H' t
  y9 [# D7 V. {- f$ K: e" L

3.2.4、变压器结构图：

04、性能测评

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。
" Y2 r4 ?0 D6 r& a  x" ~
  V. P7 l8 w6 z0 @& }( a4.1、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。
" T5 |) O+ u2 i( x; a4 X
6 K# y& x# k$ d6 Y! ]$ g& t表1 待机功耗
) [5 q- b8 A) }6 L& T) E4 L

# h; g' q  ^( z& O. C& ~表2 输出接1.5M 18AWG Cable100%负载下的输入特性

, @$ R! {9 g9 E2 m& a表3 效率测试（1.5M 18AWG Cable）
/ Y) x2 M6 {) A* b6 h1 s  m

表4 效率测试（PCB END）
2 a8 g) K% l. k6 l+ |

1 `0 q( K& N$ v) p' t0 a& b表5 能效等级评估（1.5M 18AWG Cable）
1 Y- X; H$ J# q. ]" [! C( c$ m

; S0 P/ J5 K, S4.2、输出特性：
5 F5 p& l0 O* p& |! s3 _; T
4.2.1、线性调整率和负载调整率: （ 1.5M 18AWG Cable ）
" R/ W# [& F- z) h, n

0 o& A6 \) ~3 f( u4 A4.2.2、输出电压纹波：

# Q9 F$ Y  W2 ]' 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。
! o/ A4 t! _. w& W3 a# K
5 J( S: |7 {  s6 x& ^1 Z

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

, F& d* @4 X  A+ ^

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

R&N @ AC264V/50Hz,No Load

5 T% F! d1 x9 Y2 T

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

4.3、保护功能：

以下涉及过流保护、短路保护的测试。
* d" @) _- P# {  P1 R# \
( ?# g. a  E! l+ S4.3.1、过流保护：

. d* A& N1 x& {4.3.2、短路保护：

; M" Y/ u) _9 S0 j: w: k6 a, W功率计电流量程2.0A,开启平均值模式测量。
) P$ u4 l* Q# C! x0 s0 I; `
/ R4 {/ d# V) r% V4 @1 t

4.3.3、Peak_load 功能测试：

+ V5 U  @3 d( D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。
. ^. Z9 e0 N" ^, t; K) o
: I) A6 O0 w% ?) Q5 y0 \0 h

AC115V 发波周期12.6mS，Vo 最低15.6V

4 F7 p$ g+ ^; z. @, r+ g$ B3 g9 y

AC115V Peak_load 功能升频151.52KHZ

AC230V 发波周期11.2mS，Vo 最低18.2V

" \5 X5 F/ O  ?7 e

AC230V Peak_load 功能升频151.52KHZ

4.4、动态测试：
3 P, z8 k) W% ~1 z0 L% X: A! @
. |  d. p# g+ Y5 S; I5 z0 k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)

4 u8 z2 ^% L  n' A7 l. v9 r

AC90V_5ms

AC90V_10ms

! _. x( \6 Q! [) z

AC264V_5ms

  Y7 Q' f$ Z* b0 v

AC264V_10ms

4 y3 F. [9 }. \4 G4.5、系统延时时间测试：
6 g& M$ v& H8 d9 X

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

' |+ m# o5 m0 G

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

( H9 ?2 Q$ k% F7 V4.6、其它重要波形测试：
% z& _" i+ z0 U3 [9 q
6 m: m" s% {: W. o+ A4 w

AC90/60Hz，100% Load CS 波形

& F  J) r5 N6 p, \* ^

AC230/50Hz，100% Load Gate 波形

AC264/50Hz，100% Load 输出肖特基波形

/ f: m! ?2 o9 e. D; E; r& V3 o

AC264/50Hz，100% Load MOS-D 端波形

, d$ U5 P8 e/ ?/ Q' B- h05、温升测试
2 Y5 b" e/ R- Y. ~  N/ {
测试条件：带外壳在40℃环温下长时间带载3A 老化。

4 B9 V  R1 t/ R; a8 D% m

) K0 |4 f( u& z# E) F06、EMI 评估测试
' c- p! ~; s  D: ~2 E
/ F1 J, s5 i- ^3 O* I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）

! Q7 G0 D/ D. P0 h5 E: ^: }

AC115V 传导L 相

% ]4 X- K4 G5 q$ M' _+ o7 O; C

AC115V 传导N 相

AC230V 传导L 相

AC230V 传导N 相

AC115V 辐射

AC230V 辐射