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

6 B$ ]. K1 f; w
" `, c. J$ x' K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

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。

  Q# e$ u# V4 Q) e, E" Q8 A( q7 }

CR6890H_20V3A 工程样机示意图

CR6890H 芯片
8 r' v  l) M5 z9 D0 }
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。

$ ^$ L+ K1 f1 V4 M# g# N$ O7 n特性
, a8 W/ H$ n- N0 z4 ~  E; j
8 @6 ^+ x( n+ B; [$ K较低的启动电流 (大约3μA)
2 W& o! g  }' v
. W' g7 `* S7 D( H* d: C内置软启动减少MOSFET应力

% E1 D  C8 T  e' |带有Peak_load 升频功能；
2 _6 Q& K+ b3 v4 o! e# Z' j
CCM+PFM控制模式

内建同步斜坡补偿，消除次谐波震荡
% O1 M9 G% n" h) {, e' z
) H# n) ]4 v5 r" U内建频率抖动功能，降低EMI

内置65kHz开关频率
! @- c" {$ ?( M6 D. O
轻载降低工作频率
9 A: P& f- k& a& f# n
15ms倍频模式

; H! N7 [3 |/ [/ a% H* w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

! `! s0 B, M5 i' s# `( i! {内置输出二极管短路保护

内置过温保护并进入latch
7 S; p, c! z9 A6 d. P- J4 s
8 |- ^1 }# E2 s6 E0 D( H) N过载保护

" g6 f* a) \7 d! |- GSOT23-6L封装
6 B9 ?+ j' Y, ?; {- |
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。

基本应用
* j9 Q9 M( ?+ s' e
9 v, g+ O" f0 Y) v: j7 N. a& t+ ?; n  jAC/DC适配器

电机类适配器

充电器

存储设备电源
, g- y0 ]) T! k7 |. S7 h7 B+ K
: y) \+ D! J7 F* O. O典型应用

管脚排列
1 H$ X1 l2 p' z& e# z) |6 P) x4 X
) ^- C; O' l- G( k' P4 z

管脚描述

' ?& r( Y+ y& [7 |* H

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。
" ^) X. P  G- i/ R5 r  R
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。
/ O; I" M. R' K( P! E/ E; R6 e
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。
: n  _* p- M; ~8 g$ s+ i
6 L' A) o, a8 n2 F6 Z7 a02、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：

: N2 E2 }. y2 K  V$ y6 }5 k2 |9 g
2.2、输出特性(PCB END)：
8 U& B: f  M9 i: O" g* L

2.3、整机参数：

2.4、保护功能测试：
3 f& E, N! p$ ^* M) {. z2 b

7 i7 P& T6 ~6 z. b) H& z2.5、工作环境：
! d8 P$ o, P& q* u4 i4 X

, A: J) d( f' O6 u
2.6、测试仪器：

03、样机结构信息

3 @& {$ [! N7 ~* N" Y4 o; ^; M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 @6 G5 ?6 O& a4 `
5 p3 n, [% F$ |8 z3.1、电路原理图及BOM：
) @4 s6 B! S8 P1 `
3.1.1、原理图：
& W6 i/ X7 y4 D$ U- y

& }: A% J, i1 ~9 o3.1.2、元器件清单：
  h' r" F* V) N- f, P4 F( z& W1 f

  @9 |& _7 O8 e  }' M3.1.3、PCB 布局&布线：

PCB 顶层布局

. e2 K, _" p4 x2 _0 U0 @  Y+ k5 L

PCB 底层布局

PCB 底层布线

3.2、变压器绕制工艺：

. V. t; a; ?6 M: H( f* }- A2 n3.2.1 电路示意图：
' q: q# t8 Y, F  @8 ?1 M

2 W" E" n8 e& q3.2.2 、规格参数：

1）骨架：PQ2620 磁芯（5+5PIN）,Ae＝119mm²；
  d# u4 ?' V6 L1 N' E# `6 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；
9 I5 N( ^- [% Z/ t4 y7 J! H7 u( Q4）N1 N6 N7 绕组从变压器针脚B 进线从顶部A 出线，磁芯接地；
6 U: b' H; ^- B: O7 i& q8 |& U5）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）；
# t& V# k9 K- K9 ^% N  A3 \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；
: l# V$ w1 S8 f9）成品要求:浸凡立水；
2 ^2 W" }+ [  i+ X! k
9 K& K7 M1 L/ x3.2.3、变压器参数:

7 L* W6 [( o' L% E. `0 Q2 g% p3.2.4、变压器结构图：

& v: A  ]- W7 |1 l. ]2 g4 K) k3 Y04、性能测评

/ P4 Z9 B2 ]- F, b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。

4.1、输入特性：
& \/ T* e. t/ ?. t4 x! M
7 }8 G1 ^' j% ?# y/ n5 O: t$ X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。
9 g. T3 ?1 @5 r7 B1 Q
1 L  J: |+ B" h7 h+ i表1 待机功耗

表2 输出接1.5M 18AWG Cable100%负载下的输入特性
; E9 N7 w7 J1 I' m3 w3 F

! c2 L2 m1 F3 [7 R0 S) S+ v表3 效率测试（1.5M 18AWG Cable）
( w0 N) k/ n! \

表4 效率测试（PCB END）

- B7 E  d3 D1 @6 b% g. \; X表5 能效等级评估（1.5M 18AWG Cable）

4.2、输出特性：

4.2.1、线性调整率和负载调整率: （ 1.5M 18AWG Cable ）
4 J, c  h& y. x8 J

5 m2 d8 S; _0 |, F( F# y& E
2 b- N! q8 H* _& k* D4.2.2、输出电压纹波：
" Q; E+ B6 N0 }% `
+ ^8 C2 v( ?, d/ U9 T" V  T& q) y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。
: U# l, z, Z1 e" Z* v

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

. N5 {+ B- m& Y9 J* C

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

4 d1 s' x4 v2 i( \3 i: {' L

R&N @ AC264V/50Hz,No Load

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

7 _4 {/ x, Q" H9 b* ^. i- k' B/ D1 ^4.3、保护功能：

以下涉及过流保护、短路保护的测试。
! j% t! v; u( g0 T+ Y
4.3.1、过流保护：
7 A" A! I/ X% W4 z9 x
( Q. d2 Y$ w% m1 F( |; a

: ~' G' R! n* P! M. y0 z1 ?4.3.2、短路保护：
' ^' \0 [$ q5 U# N" @4 ?2 U3 J
功率计电流量程2.0A,开启平均值模式测量。

3 _+ b/ k" K# E4.3.3、Peak_load 功能测试：
; J( @  T4 o& D: G' V! T
& P- c3 K# Q% {/ E+ T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 E5 f- f( N! m! a# u
5 P& Z( X" L( o0 K1 H

AC115V 发波周期12.6mS，Vo 最低15.6V

- |8 Q- k+ a& j  Y

AC115V Peak_load 功能升频151.52KHZ

8 x6 L6 q+ W) c

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：

: H4 E/ h7 y! _- A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)
- ~0 c) f4 ?3 f, X
, V# }0 ]0 v3 A4 P) m4 v5 ~

AC90V_5ms

AC90V_10ms

; y- _( C8 @) [2 _1 D

AC264V_5ms

AC264V_10ms

; e2 M" H+ S! O) b' [, q- _4.5、系统延时时间测试：

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

1 X) L6 g5 U9 C0 ^- p

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

; O: {8 i; t6 p) t2 a( B

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

# P; k9 s" U5 u) q4 {* N

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

4.6、其它重要波形测试：

AC90/60Hz，100% Load CS 波形

AC230/50Hz，100% Load Gate 波形

$ U& `; P; @" Q  d  z  {+ e

AC264/50Hz，100% Load 输出肖特基波形

AC264/50Hz，100% Load MOS-D 端波形

05、温升测试
# g  v) D5 `9 U  u& E. |
测试条件：带外壳在40℃环温下长时间带载3A 老化。
* ?( H! y& S7 ]0 ^1 g2 d1 h

. f$ S, {+ L: }" A! }- ?06、EMI 评估测试
5 C  [% [2 Y8 j3 c* E0 m8 U( Q
6 S* ?; w; G/ }. Y2 b测试条件：

8 H/ |  `6 C- ~" c3 e. r! d/ m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）
- N1 A4 D' L2 f
* @% u2 F+ \8 W) h/ K1 z

AC115V 传导L 相

AC115V 传导N 相

& e  v+ r- G) p" ?1 y) G& b

AC230V 传导L 相

AC230V 传导N 相

' x' Z/ V* P4 c& G+ ?3 b5 r. M

AC115V 辐射

) ~2 i# h( h- C" J0 I+ B9 w

AC230V 辐射