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

- F3 Q# n4 B. r4 I+ n2 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。
8 ^9 A  w' v2 }* A) z9 g6 W
! I# e# U. v! U$ d- X01、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。
; y7 |9 F: c4 c8 l+ r+ \% U

CR6890H_20V3A 工程样机示意图

7 J) x# L/ h0 J. QCR6890H 芯片

" [% W& T1 \& x) d  {' ZCR6890H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
1 q& l5 H6 y0 ~# q: i3 G
较低的启动电流 (大约3μA)
- E5 Q) B, [& T4 G
内置软启动减少MOSFET应力

3 ]) T3 e/ N8 r$ [! _! ]8 G  ^7 g带有Peak_load 升频功能；
+ t2 v+ E+ F8 U+ j# b
' e& B+ m- |. T! E' o3 f0 W* c* bCCM+PFM控制模式

内建同步斜坡补偿，消除次谐波震荡
4 q6 S$ }9 r# `. l+ ]
内建频率抖动功能，降低EMI

内置65kHz开关频率
& W" V: g8 x& u5 Y# X+ o6 @0 n
轻载降低工作频率
' _& r0 u3 C$ B- J! U; |6 n) D
15ms倍频模式

$ W1 ?! P  Y% C! I# q( C  m& T: n可编程外置过温保护并进入latch
; W# g& K' o9 x5 X1 x0 y* b: y2 ^0 x
VDD过压保护和输出过压保护功能并进入latch
( A2 ^. a* ?5 C# P5 g4 C
内置前沿消隐电路
5 z) F6 i0 \+ h' h
. [; f  u1 S, k; t1 R, C内置输出二极管短路保护
+ R4 U$ _; @5 k* M, R5 \: W
内置过温保护并进入latch
$ _" f7 N/ w+ V; W- c: t* {
+ t- I& [0 d& [$ v7 t过载保护

) M+ {9 g  `8 e0 r9 _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。

& ]( A' h9 X+ I3 v基本应用
, k3 g- l9 W$ b# q' y* q7 @: V
AC/DC适配器

电机类适配器

) G# B+ D( E1 z: D8 O, p" [4 ~充电器
6 a6 z$ @" L6 v# l
存储设备电源
8 l" t' M' W/ }" Q1 }
典型应用

" P4 t- O- M7 j& e) R4 n

3 Y. t3 F0 S+ v( U8 a  Q管脚排列
% }! @5 h5 f( ]; V# ]6 P6 d9 B8 C

管脚描述

2 o% ]- C9 R% i  ?1 R' M- A& T

; U+ c- Z4 J4 a) \5 X2 J1 e- f. e1 i! r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。
) F6 M1 \0 B; ~& r( M( s  D  ^
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。

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。
& @  {! \" m! h, ?: [& ^4 B9 t
' q* l. N  Y9 X  s02、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：

2.2、输出特性(PCB END)：
- J) ]4 R& C. N0 B

2.3、整机参数：
0 `5 Y/ f- ?6 ?6 ?

7 [& t5 X- y. H5 a/ t9 u2.4、保护功能测试：

7 I* Z# P3 B  Z, P8 U$ R- K2.5、工作环境：

3 \9 J# f3 q" b9 O$ [# a2.6、测试仪器：

03、样机结构信息
5 ~, `/ `7 ?* R. o  z  w* s4 [
$ _! J6 k. Y. }; e' S& k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。
$ Q6 q- G1 [, O! Y8 V
3.1、电路原理图及BOM：

3.1.1、原理图：

7 k/ e* E8 B7 I4 c3 ^3.1.2、元器件清单：
- Q2 F6 A1 f& B2 s5 w: [

) i2 x. L  X- [' t( B8 C8 [3.1.3、PCB 布局&布线：
4 X  ]. ?) x! s
, Z4 ^0 `5 q' T6 ?& ]

PCB 顶层布局

* W7 Y! P& o, X! G2 {

PCB 底层布局

4 N5 F' E& ~3 X$ x

PCB 底层布线

3.2、变压器绕制工艺：
- ?1 E( Z# S$ B$ V( G* G
, J& J6 p$ p- u7 ~6 \3 k3.2.1 电路示意图：

/ @* i, ?( t/ B' V8 F3.2.2 、规格参数：
2 |9 M: `2 i1 m1 q* h
. n1 y2 r, e& n- M1）骨架：PQ2620 磁芯（5+5PIN）,Ae＝119mm²；
" ^1 i( Y5 P& s% P& u8 y* E2）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；
* I( x( w9 R% F4）N1 N6 N7 绕组从变压器针脚B 进线从顶部A 出线，磁芯接地；
' H6 S8 s6 \* r: O) j5）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）；
8 w0 H1 E  g) c  _; }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；
8 o$ x: w/ z7 S  f9）成品要求:浸凡立水；

3.2.3、变压器参数:
- l7 T& o3 x7 z! M

9 f# ?4 b: ~: P% R) V- \- @3.2.4、变压器结构图：
$ b% r( P: z" R' G

04、性能测评
3 f! b" }" [8 \# I! X( D
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。

8 d7 J# `/ K: k& x4.1、输入特性：
4 M3 D  C' R6 U( H  x; N
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。

2 p* m; a$ P  i! U8 {2 n: G2 h表1 待机功耗
. j5 C: T5 u7 A3 D& O2 e& x

& y0 e& y" A/ j! y' }1 k: i表2 输出接1.5M 18AWG Cable100%负载下的输入特性
- s6 S( O+ U8 G0 N; J; _

& K# M& W% e& G表3 效率测试（1.5M 18AWG Cable）
8 R5 M' Y9 |, z1 W9 e) L7 f

表4 效率测试（PCB END）
) L, B  v# C( Z! t* ~& i

: \, z+ r- T( r8 [, }" C表5 能效等级评估（1.5M 18AWG Cable）

4.2、输出特性：

  L7 b" R% t( H0 |8 k2 w4.2.1、线性调整率和负载调整率: （ 1.5M 18AWG Cable ）
+ Y. t8 n# B+ y: m0 z4 ]

3 D4 z6 H" o! N8 v, A
4.2.2、输出电压纹波：
5 p' U: ]7 e2 j! u1 [9 t
5 K) D6 B7 \8 n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。

- E0 [) Q1 t) H/ k/ {6 }

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

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

( Y& q. J+ a! P8 E1 O# x& E2 L

R&N @ AC264V/50Hz,No Load

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。
2 q) D! ^5 P8 [3 Y5 a
4.3.1、过流保护：
9 k; K6 o; E' ?# y/ t& M+ g( e) g

9 A! W2 l7 L. C  L: G4.3.2、短路保护：

* d" i+ S7 p6 \/ }2 U( Z功率计电流量程2.0A,开启平均值模式测量。
0 O; i3 g2 B  x( l& Y& z! O* {
& q+ w% d+ g+ j& @5 Q8 h

4.3.3、Peak_load 功能测试：

9 j6 T0 @. R5 \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。
. Y" f# J* A4 D2 M3 H/ l1 z

AC115V 发波周期12.6mS，Vo 最低15.6V

# @; i8 M* C, J

AC115V Peak_load 功能升频151.52KHZ

6 C7 t. A+ e: {; A2 H$ `- l

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：
/ g4 G0 ?8 u/ J! Z1 O
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)

7 b$ o: _5 q. V( k$ g

AC90V_5ms

AC90V_10ms

AC264V_5ms

AC264V_10ms

4.5、系统延时时间测试：
7 b( R; Q. W; `& k$ E
& F9 s2 r" A  s

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

9 _' x) ^0 N- q

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

/ P* D, h+ ?- h: y  Z/ u9 a( j

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

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

AC264/50Hz，100% Load 输出肖特基波形

$ [* u. ?- N6 W/ m. \

AC264/50Hz，100% Load MOS-D 端波形

# X4 s1 S+ F! W& B* ?05、温升测试
; q  ?. O. W, a" e3 L1 w# j& C
& w0 B) S% o& X* B测试条件：带外壳在40℃环温下长时间带载3A 老化。
# V3 I3 s6 M0 v# p

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；
! n+ r+ e2 R1 b) E. F限值标准参考：EN55013、EN55022B。（测试结果仅供参考）

AC115V 传导L 相

AC115V 传导N 相

+ f$ h) z/ P  A" }" d' F) @

AC230V 传导L 相

9 @% Q9 z' M" E

AC230V 传导N 相

8 c- |+ F0 s3 Y# E' T

AC115V 辐射

AC230V 辐射