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

! }' O8 s/ A9 ~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。

* y0 R8 e6 [3 s. {01、样机介绍

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 o& {5 V1 B+ V: Z/ O; w: a
4 |$ h1 N: G7 I7 E

CR6890H_20V3A 工程样机示意图

CR6890H 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。
/ E, E# ]& h6 c4 ~1 j
' x/ ?4 f  v0 @& U/ G特性

较低的启动电流 (大约3μA)
4 l5 P* ~* J! R9 L5 |( J
内置软启动减少MOSFET应力

带有Peak_load 升频功能；
$ v( B/ e9 Y+ L/ k; d
CCM+PFM控制模式
6 `' @2 _# i- N4 H
内建同步斜坡补偿，消除次谐波震荡

. x7 ]) S2 I7 X- Y) O' K) C内建频率抖动功能，降低EMI
' W8 B7 N, D. M9 K2 Q
内置65kHz开关频率
; [( |* A# q* ]8 N
轻载降低工作频率

9 w  ]1 v* h2 s3 w15ms倍频模式
0 Y7 m% i) e$ p/ q7 q' x0 o
9 R1 Z4 S5 f. l% C) ^/ [可编程外置过温保护并进入latch

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
/ K1 H$ z( B4 w# P) G
内置输出二极管短路保护

) f" n, |' {( l7 V5 ?" \内置过温保护并进入latch

过载保护
& |/ r. K# M7 V
' y; l7 R" `1 W. C! |, VSOT23-6L封装

& s0 j8 a2 `( K+ F  _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。

  I, H$ ~* A' L, X6 D% j! j4 F基本应用
1 T7 i- w8 E; N0 g5 V
AC/DC适配器
" ~2 C+ |3 [, `: I
3 Y, P: h5 Y( |5 `5 ^电机类适配器
* z' r( \! M, Y! s8 o& n
  N" g6 ~  z' v# L3 j: o1 j充电器

存储设备电源

典型应用
% [6 b) E! [8 n& X: Y

, X! o' w; ]9 m  ~5 p管脚排列

管脚描述

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。

* A5 Z2 Q: ~& d' `. J% U% x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。
9 U& _: y4 H. Y$ ~. f3 @* }
8 T6 U; F# l- R  T02、样机特性
  ~6 w) O9 P7 z, W8 r: _
( a+ K; ]( G# a) B5 k8 s- @$ A6 Q$ P: R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。

- G. d4 [8 v8 z% x( C' s' O2.1、输入特性：

6 }' l  X) ^8 {% X2.2、输出特性(PCB END)：

) f2 |, V, o1 H7 e# j! `3 B  f9 u
7 Y5 _5 I; P) Q2.3、整机参数：
+ P4 L5 U5 v6 \7 }9 U/ z: f

( A, G, H) B# z2.4、保护功能测试：
# q- `! o' U$ O! `; }& ~: I

2.5、工作环境：

7 }! p+ R8 k% W- T2.6、测试仪器：

03、样机结构信息
, O9 V$ i) V% R
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。

9 y5 s1 }% v3 j& P2 u, k3.1、电路原理图及BOM：
2 Q9 A  m& M* p0 Z' H9 O
, h! d) M+ D, f! ]( P7 m8 g3.1.1、原理图：

% M2 ?! r" q/ ^* _1 T

3.1.2、元器件清单：

# A& D7 I3 _, V; F$ h3.1.3、PCB 布局&布线：
! N1 z0 Q- Z: V$ T$ \! S. O: L6 y
1 ]3 A$ Q0 r& i  M4 A, C; c

PCB 顶层布局

, u6 J% t# H/ i  H3 {

PCB 底层布局

PCB 底层布线

3.2、变压器绕制工艺：
2 r% ]6 k/ @! {4 z4 d
4 h+ N) [) X' ~, d3.2.1 电路示意图：
, z5 c$ |- T; u

4 H6 |  k) F. b# V3.2.2 、规格参数：
% C3 V6 u+ X) ^  c
1 M. B2 l5 s5 g+ b. S/ c8 A, u1）骨架：PQ2620 磁芯（5+5PIN）,Ae＝119mm²；
3 ?2 d3 W! o) C" ]2 j2）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；
1 w; Y2 b; D( a9 {6 _$ O6）初级绕组感量Lp：0.6mH±5%（测试条件：0.3V，10kHz）；
# ]% J1 k' @0 _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；

3.2.3、变压器参数:

, ~4 E* t# B- l* Z9 B8 A7 u

( t/ _5 \, A' J! p0 ?# Q3.2.4、变压器结构图：

' _) A; X$ p0 [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。

. P( X0 F( E. q$ _; P4.1、输入特性：
5 w7 I9 L: y  B: Z  P, [
9 R; m! q, ~4 {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
5 A: `' E% C1 |

表2 输出接1.5M 18AWG Cable100%负载下的输入特性

表3 效率测试（1.5M 18AWG Cable）

表4 效率测试（PCB END）

表5 能效等级评估（1.5M 18AWG Cable）
' `/ h0 S  e4 P9 b5 J

4 l, G5 K* r# ]# l; c% l8 {4.2、输出特性：
; j/ i; ]- `; W$ S4 O& I
* ]! P' V; V1 J: V1 G1 E4.2.1、线性调整率和负载调整率: （ 1.5M 18AWG Cable ）
+ ]3 j6 K0 v7 a$ Z( c

. Z1 @7 q4 b' l, _2 Y. i3 b7 O
$ `$ N! s' T: A2 w4.2.2、输出电压纹波：
) }4 S* p0 \$ H9 U5 X7 C
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/ j9 z6 f0 F7 c7 w: h0 A  _
) X: o4 u# m$ b+ f

7 ^& G. {# @9 N9 K9 J! J& j9 U

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

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

R&N @ AC264V/50Hz,No Load

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

4 E7 p, X3 X$ m9 z- j, W; Q4.3、保护功能：

4 g+ v' @2 ^2 X/ q1 z: t以下涉及过流保护、短路保护的测试。

4.3.1、过流保护：

) v1 h$ z5 ]0 ~0 z4 N% Z' K

, t, r$ D# d; P1 h4.3.2、短路保护：
- D6 ]+ X' j% @$ D; O7 ]
功率计电流量程2.0A,开启平均值模式测量。

4.3.3、Peak_load 功能测试：

: [6 K1 E3 ^! I! X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。
% U0 Q4 v2 D: P

AC115V 发波周期12.6mS，Vo 最低15.6V

4 ]* ~5 |" ]5 o& j; j; G( n

AC115V Peak_load 功能升频151.52KHZ

, [1 E1 Z7 g5 X$ s8 n7 I

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：
2 o1 i) X* e0 ], Z* ]
6 ^$ p3 x# ?6 E' u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)
1 o  f) S0 o" h; j) p. S

AC90V_5ms

AC90V_10ms

* ?. k! q1 Q3 f' I+ T8 g: ?' x

AC264V_5ms

* O( e+ K+ A$ P

AC264V_10ms

4.5、系统延时时间测试：

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

: K; n) R7 O  W& X+ I/ Q4.6、其它重要波形测试：

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 k( S6 R* J; w; j  L" y

AC264/50Hz，100% Load MOS-D 端波形

05、温升测试
  x  s1 i' P0 j/ V: ]7 `
9 a" p0 w" O% s( y& V$ r* k: Z, o测试条件：带外壳在40℃环温下长时间带载3A 老化。

, Q' M1 y- t$ S" c) L4 w

6 e$ {1 i; M2 ^9 Z2 Q. l- H0 R7 @06、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；
2 W" ^' p2 K( U0 L限值标准参考：EN55013、EN55022B。（测试结果仅供参考）

AC115V 传导L 相

2 ]8 V! D) ^& u# M

AC115V 传导N 相

AC230V 传导L 相

7 F0 Y; F. D+ O- d; N+ B/ N

AC230V 传导N 相

7 }! c* P$ m! L4 `; t& G' @+ ^

AC115V 辐射

AC230V 辐射