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

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。

, e" e) ^1 Z5 [* Q" x0 Y01、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。
& F: j/ G. b, N! P' |. i
8 f, k8 q( x5 C! t& J

CR6890H_20V3A 工程样机示意图

CR6890H 芯片

1 N" k) P& z2 K/ P2 e6 eCR6890H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。
' w6 [  }" z# @0 U9 i4 |
7 x) ]( S; \& {' p* s特性
/ `6 n0 D5 y  k( H; ~, ~6 j" A
较低的启动电流 (大约3μA)

内置软启动减少MOSFET应力

4 ]2 T6 J/ y( j4 s9 Q带有Peak_load 升频功能；

CCM+PFM控制模式

内建同步斜坡补偿，消除次谐波震荡
0 O) Y$ N; m$ w: y" L* }5 y& x
; z5 T# c. O3 d  `- u内建频率抖动功能，降低EMI
7 |4 X5 g5 E  ?2 I" x8 x
内置65kHz开关频率

轻载降低工作频率
7 H( y$ P6 m. s( `5 Q' R8 S
- ?8 i/ P8 d* S3 T" e# W7 F15ms倍频模式
0 w/ n: D( l" V7 |  L' [
; E/ |4 I0 y- y7 u5 }可编程外置过温保护并进入latch

" n* o+ p) m' s' CVDD过压保护和输出过压保护功能并进入latch
( D, [) o( l& P% Y1 L8 a
" |9 V/ h+ B- L. d) h( q  y内置前沿消隐电路
: o8 l9 W' ~9 i# |, P$ T# Q
内置输出二极管短路保护

4 d7 b2 l. m# X: ]. Y内置过温保护并进入latch
: v5 z3 s  N( s
' t1 X/ H. B9 g5 a6 n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。
+ O- `) f3 R( e' J
' d+ y5 m9 e) E6 w+ P基本应用

' h+ q- Q0 Z* F* y$ ~* w# F0 DAC/DC适配器

电机类适配器
3 w2 b9 n. x2 N% B9 T: T
充电器

- x3 |3 V8 O5 i+ l% v  e" m: N存储设备电源
( R3 X% T: K5 o6 P0 {% ?
典型应用
# C! z$ I* g! h; l

管脚排列
. V* N6 y# [& w% g7 _

管脚描述

+ j5 D# N4 J- E$ m; M3 Y

- _% q) C% ?* m4 F: ^. m6 }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。
9 F2 ]2 G+ _4 t8 t7 V. z; W+ ^1 V
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。
- _: x3 ]6 h* M# m. V
( V' q  F  m; B0 G% h+ E02、样机特性
5 F* j( S) H( e* c
; Q" N% W) ^7 @% U- C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：

# F1 H' a9 |/ f# L  p
  Q5 @2 o8 S& J! v0 t2.2、输出特性(PCB END)：
) F0 y% |( p' N  n/ D# K- _& @

& o+ k6 \- |+ d. _2.3、整机参数：
# K6 j8 I4 m  e, L! m$ F: b1 m

2.4、保护功能测试：
' h8 Q4 P5 p. M9 I

, l5 ?/ g( [( Y1 ?6 h" @& l2.5、工作环境：
. a( a# h4 c6 S4 c6 r

5 ?- K, L# \: D8 F- k4 I
, y% N; z) x% o; i6 k; s2.6、测试仪器：

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。
) x5 d6 I: b& T- p$ d
; ~5 s# f/ a! G2 \5 U5 l% [3.1、电路原理图及BOM：
7 U) F, g4 P8 l; Z* L" T
2 ~" }, W1 }- Z, H/ z# m5 T9 V3.1.1、原理图：
, y  a$ U0 g0 C" l- |- h& E# U
. f# j1 r& w1 S# h

8 e5 v3 E0 M- F3.1.2、元器件清单：
. M* _% M" \# X3 J$ m& K
$ f9 B0 n  a* P

3.1.3、PCB 布局&布线：
. P) y8 T; I' J6 p2 C" [
& @% d0 H: u! m  H" Y" r( S+ y

PCB 顶层布局

PCB 底层布局

PCB 底层布线

3.2、变压器绕制工艺：
2 y4 G$ t& Q( n/ n; q
3.2.1 电路示意图：

3.2.2 、规格参数：

: A2 Y8 T4 G! ^# |3 e8 Y6 I1）骨架：PQ2620 磁芯（5+5PIN）,Ae＝119mm²；
2）材质：TDK PC40 或同等材质；
( F" G+ h" _1 P' E+ K7 ?  g3）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；
6）初级绕组感量Lp：0.6mH±5%（测试条件：0.3V，10kHz）；
- s$ b7 b# h( _, \8 W; Z7）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:
9 y, ?* {# \5 D; R3 j' ]( Q

3.2.4、变压器结构图：

' I" M6 @  A, P5 C) m  r7 s04、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。

* e5 I! V' G5 g1 R4.1、输入特性：
& r6 F7 u/ l$ m4 s  J
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。

* @, V; Z- S$ u) Q( k表1 待机功耗

表2 输出接1.5M 18AWG Cable100%负载下的输入特性
8 U$ h6 O" Q/ e8 @8 R

, c4 b7 t: O: d  }, k" U+ w表3 效率测试（1.5M 18AWG Cable）
3 q4 d+ Z0 i* D' Y3 u3 I- z- A0 g7 f

: A% h- o( b7 M* v表4 效率测试（PCB END）

% |% B2 U$ K# G5 S- a* O表5 能效等级评估（1.5M 18AWG Cable）
8 I4 r! o, t6 d! ]9 y6 @2 O- I

+ T$ P2 B: L5 c" z( D4.2、输出特性：
8 i) @$ i4 @& Z- Y8 o
4.2.1、线性调整率和负载调整率: （ 1.5M 18AWG Cable ）

4.2.2、输出电压纹波：

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。
* i8 _+ r4 g% m1 x+ g

# R/ g: U/ P8 B$ X+ H

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

8 k, W( M6 c! S2 F, G( t$ Q

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

: Y: L: l0 |3 z$ h% F

R&N @ AC264V/50Hz,No Load

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

4.3、保护功能：

7 n, |* {7 S2 E+ Y' W以下涉及过流保护、短路保护的测试。

4.3.1、过流保护：
+ W) L0 m  I2 F3 |5 G: O$ ^
. _; X! t5 K+ N* l: O- P( P

2 X( o3 w0 q& D1 n4.3.2、短路保护：
  z% `  ]/ z( Y3 f
. }3 O; e8 I9 O' x功率计电流量程2.0A,开启平均值模式测量。

! |. ]% E& a" Y2 @2 K6 a7 `* N4.3.3、Peak_load 功能测试：
* k1 V. q# _, m
- o$ e" m7 Q' ?' |8 K* K  ]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。
* l- e; @& X2 P  n/ k

AC115V 发波周期12.6mS，Vo 最低15.6V

AC115V Peak_load 功能升频151.52KHZ

AC230V 发波周期11.2mS，Vo 最低18.2V

5 ]( U$ V: _! M0 {7 P% o1 A

AC230V Peak_load 功能升频151.52KHZ

% U# o! o1 J9 [: p5 O2 w; L4.4、动态测试：
$ x: A4 C- V' m5 w+ C0 a
2 z# D6 f5 Q* w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

0 u* q( s# a! m! s

AC264V_5ms

0 V! @; p6 S5 T% v

AC264V_10ms

3 \( C2 z# |/ d+ X3 K! F, m$ \! ^4.5、系统延时时间测试：
0 p$ |( N: G0 x5 ?. M6 I

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

0 G8 M0 C; l1 ^2 T& `. K

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

( r% W7 {0 ?3 p8 F. H) k+ V

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

4.6、其它重要波形测试：
5 Q) j3 B- ^7 B' a
2 ^& d6 C4 X- H# B

AC90/60Hz，100% Load CS 波形

4 j8 T3 E+ F! Z) M3 ]

AC230/50Hz，100% Load Gate 波形

AC264/50Hz，100% Load 输出肖特基波形

1 U: u/ v% ?; i/ `* m, N

AC264/50Hz，100% Load MOS-D 端波形

4 I& Z+ v) V3 p05、温升测试

测试条件：带外壳在40℃环温下长时间带载3A 老化。

8 y3 ?: _1 s! x1 g/ n3 }) M. m

. _+ K$ b$ a! a- J: x1 ^5 T06、EMI 评估测试
7 R2 s, n3 R) N* C) o$ W
& j9 z* M: ?3 Z5 m6 k& Y0 ~测试条件：
9 W7 G: z% c6 U& I5 n
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

0 J% k8 U/ L9 B9 w; ?" H' E

AC115V 传导N 相

# j' X* O" M% L$ J: ?- w

AC230V 传导L 相

AC230V 传导N 相

3 P" o5 W2 ^2 c; `4 u6 P+ X

AC115V 辐射

AC230V 辐射