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

# h# l& M" I' w7 p
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。

! Q8 K+ X; v' J2 y01、样机介绍
; Y# r  T% L7 g  K- b; C
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。
) z! P1 E4 t0 p2 H. _8 ]5 R( O

CR6890H_20V3A 工程样机示意图

CR6890H 芯片
  q( z8 e2 K) V0 H% x& N
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。

特性

2 {/ ~4 }) z1 h; L2 w较低的启动电流 (大约3μA)

, q: d6 V  n5 q$ Y/ \5 o0 l* {内置软启动减少MOSFET应力

/ `' Y" S# q5 z, S. {带有Peak_load 升频功能；

! d& m7 c( a9 @; n" [3 U8 wCCM+PFM控制模式
; A, S; {3 g, w, ^# q* v& |' \7 }: {
+ |3 L  Q' b" L  p) L内建同步斜坡补偿，消除次谐波震荡
0 m# [4 H4 l- R$ M+ e" u
内建频率抖动功能，降低EMI

/ \% ~: ?1 q2 x2 x8 w8 y内置65kHz开关频率
; ^! r, J" P' }3 H) C( W7 ~4 |
轻载降低工作频率

15ms倍频模式
+ d+ U% h: w1 X/ n- q4 D' ^
9 Y# o9 g6 y8 N可编程外置过温保护并进入latch
" P% x5 G" P6 ^
  x, q" z* ?: Y# `# C1 kVDD过压保护和输出过压保护功能并进入latch
- l6 X: B& m, z) H  ~
* d/ X& b# W0 G内置前沿消隐电路
+ [# O5 S/ H6 k" s$ Q2 Z
; c7 g2 z7 O" f: |) n内置输出二极管短路保护

内置过温保护并进入latch
. w% P% x" B- P( l3 @) @- I9 m
过载保护
' n! n$ j: A, b1 _/ R
SOT23-6L封装
9 X3 i5 G$ G& e. O) }
, Y, c0 J; _3 u! @, C0 j9 Q; |6 E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。
& @( |! b$ U2 c3 V  Y2 u8 f+ S
基本应用

AC/DC适配器

电机类适配器

充电器

: X- G: ], B( @! p存储设备电源
9 ^) r$ |7 i' ?% l
典型应用
, J/ F% z7 s$ h2 Z7 t" ^; M
( Y4 V0 ^& Z: u% C, P

管脚排列
2 R) h9 ?$ f7 i, y; X6 h
  r2 @& x/ t# f# r7 K

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。
4 _; c% A7 w2 W+ O6 Q7 U
+ T, i2 x# v  y* A- K% `9 G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。
/ q' h( I+ i- R$ r4 `- P: Z+ e' s
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。

0 V! v: d+ _" _) G. s  h+ T02、样机特性
' R' O1 i; A" P) `, ^' _
% J  ]( V7 A' i4 c  F& `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。

% @) w  ^! E( r/ ]5 y0 i2.1、输入特性：
; }. Q' S& _' f0 C

' {- s/ _+ |3 l* E* ?7 X
7 t. v9 Q% K1 r  f; I* |2 ^2.2、输出特性(PCB END)：
: ?& X" X. N: x# S. U

2.3、整机参数：
9 k" V% S' q+ C. i& R

2.4、保护功能测试：

2.5、工作环境：
$ b% x/ b. @' A

* ^+ F8 [, ]- R+ X+ c% p
2.6、测试仪器：

03、样机结构信息
1 I9 u$ S4 c3 z
; L/ l- i4 S. d5 G+ s. G3 F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：
3 ?5 A2 L' S8 L% D) |$ I7 Y
3.1.1、原理图：

8 |) T" i. s. l& l( A2 y1 H

3.1.2、元器件清单：
, G: n' J$ p( H8 Q

2 u" G' c* j( I4 I3.1.3、PCB 布局&布线：
2 R4 `3 W+ Q' g
% M" q/ ]; D' C+ U7 l" g1 \

PCB 顶层布局

PCB 底层布局

PCB 底层布线

3.2、变压器绕制工艺：

3.2.1 电路示意图：

/ n$ ?: d5 R( t- [3.2.2 、规格参数：
' w* }5 {& M8 ~
* W! y( S9 R; ~: Z$ Z) Z% q1）骨架：PQ2620 磁芯（5+5PIN）,Ae＝119mm²；
$ B3 W5 k( S: R, g* T$ }  g6 G" L; l2）材质：TDK PC40 或同等材质；
; F  S- \; w: R# r3）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；
8 [% y) |+ l& H+ r/ V/ z6）初级绕组感量Lp：0.6mH±5%（测试条件：0.3V，10kHz）；
0 |  l3 _6 w' m9 n  N7）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）)；
/ u/ E1 R4 b9 [  r8）耐压测试= 3.3KV 5mA 1Min；
0 w7 S' ]0 {7 y6 Q# Q9）成品要求:浸凡立水；

; g& [  f6 i9 c3 W+ X7 e3.2.3、变压器参数:
, w) `0 q& t0 `; E% h8 w

. Y( f+ i  T+ W) ?0 K  O7 S# m3.2.4、变压器结构图：

: P9 F5 E+ U8 P" Q8 Z04、性能测评
% I2 E* m  C# q8 q" s* T! p
. R6 H7 R( L& @- F7 N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。

, V, `. _  ^3 k" h; T4.1、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。

1 D2 O  T) A- x" [; M5 t2 C5 y+ O表1 待机功耗

3 ]" b& R3 _# b: j) n& ~表2 输出接1.5M 18AWG Cable100%负载下的输入特性
& F  l5 `5 p  n( g1 s* t  F

表3 效率测试（1.5M 18AWG Cable）
' D* K% S2 A8 z/ y5 m

表4 效率测试（PCB END）

表5 能效等级评估（1.5M 18AWG Cable）
5 E! v! R) K; r3 \. L

6 ]. d2 g& T$ _& ~7 L4.2、输出特性：

0 |7 k' w: F( x$ P" b4.2.1、线性调整率和负载调整率: （ 1.5M 18AWG Cable ）

4.2.2、输出电压纹波：

. u6 L3 f0 C4 f4 b* e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。
, ]7 t6 b1 Z$ \% |
1 X4 c- I5 w- y7 E5 k$ o. u

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

! k, A' l2 I& _3 T* U

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

R&N @ AC264V/50Hz,No Load

: p5 p* X7 b4 O  W$ r* k; m

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

. K& B0 {, B+ h2 V4 d7 y2 T, \" ~4.3、保护功能：
; O( b9 U$ q) I' M" m9 A
# ]: |+ Y6 a6 `2 X* t. Y以下涉及过流保护、短路保护的测试。

; R: `# j7 Y. {2 R, `3 ~# G- i4.3.1、过流保护：

( o2 q% r/ i  H/ D5 ?" w

# n! `2 n7 m5 l) A9 v( B4.3.2、短路保护：

功率计电流量程2.0A,开启平均值模式测量。
+ ^+ Y- R  E) K7 O: D) D7 M' P3 J6 e

4.3.3、Peak_load 功能测试：

1 M5 N4 p. H! V" I7 s6 A: g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。

AC115V 发波周期12.6mS，Vo 最低15.6V

' d5 B/ k1 a% V: f

AC115V Peak_load 功能升频151.52KHZ

AC230V 发波周期11.2mS，Vo 最低18.2V

5 S1 D& o/ K& R6 s2 z

AC230V Peak_load 功能升频151.52KHZ

4.4、动态测试：

8 _, S# e! R# i$ O9 T; m5 P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

& _6 M$ g- F  z1 ?" q6 z4.5、系统延时时间测试：
1 \+ G1 s: G" m! W1 o3 r
; G* }* j2 S- J) w* b( @2 g

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

8 j0 n. E! Y1 R0 \8 w

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

7 x# |6 m' Z! O* B2 c. M7 k

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

9 `' b- n. k; g& V+ K% G

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

. W( q. u2 V" c4.6、其它重要波形测试：

# M, G' H% e$ J' H, [; d

AC90/60Hz，100% Load CS 波形

AC230/50Hz，100% Load Gate 波形

0 C5 t  R- s( z

AC264/50Hz，100% Load 输出肖特基波形

$ h# k: P  b6 Q1 M) m+ u) K+ Z

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。

+ L' V+ T, Z/ R) ]3 o

06、EMI 评估测试
/ A' a' Y" C  e9 ^% c( w
测试条件：
$ v& @; l, E+ I& e
. v/ _, k8 V) r; p: X% Q. J3 B输入：AC115V/230V；水泥电阻阻值6.67Ω，带线1.5M 18AWG 测试；
6 Z# M( q" g9 R' G: k  K限值标准参考：EN55013、EN55022B。（测试结果仅供参考）
5 M4 q1 S1 n* T
0 _; C4 ~4 ]# r

AC115V 传导L 相

* x+ M1 _) L: M- M1 T6 b

AC115V 传导N 相

AC230V 传导L 相

AC230V 传导N 相

AC115V 辐射

AC230V 辐射