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

7 M$ w& F4 M. f/ ~  x- [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。

# [& ~  ~4 v$ [3 @. V  S  T01、样机介绍

; g% H7 u7 Q5 ]  Z+ G' W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。
! Y( S% G) @: s6 E; C

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。
* W) a% c. i$ ~0 D+ B7 `9 b- i/ k
特性
' C! A, h, x: I7 p( w) V: N& ~
. U2 Y& F, M/ N4 m, W较低的启动电流 (大约3μA)

/ l' m" N7 t, Q1 l' }内置软启动减少MOSFET应力

8 ?7 c! r; |; B7 p8 _9 ]& @带有Peak_load 升频功能；
: ^% I% Y( I' l& h  r) }4 ], {
/ h* y3 W+ ?; d7 j, {: I+ w, fCCM+PFM控制模式
7 J9 ?' b9 O1 b5 \# F
内建同步斜坡补偿，消除次谐波震荡

内建频率抖动功能，降低EMI

( b4 o9 `. |' d0 u内置65kHz开关频率
! K4 p) O0 [4 X6 h0 F# P
# E, x) A1 }- P" y1 \# b轻载降低工作频率

15ms倍频模式
% `/ L+ m# T: |
可编程外置过温保护并进入latch
& k/ E# a( L0 d8 B
( w9 l# o6 z3 Q& ]; q6 ]$ t+ p  fVDD过压保护和输出过压保护功能并进入latch
7 J1 [. t+ |3 Y( H' @7 ?( U
内置前沿消隐电路

内置输出二极管短路保护
$ A0 c3 p  f5 \" @5 l" T2 M
内置过温保护并进入latch

过载保护

SOT23-6L封装
0 a3 s' \! {& e
( V; C( S. D4 I$ i: L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。
. q: S1 U" P* Z9 V6 B. `* f  @
' M# n1 }/ Q/ b$ m( P基本应用

+ P. T2 C! h8 F% G* }: aAC/DC适配器

电机类适配器
6 f1 b* O$ B7 z* A+ v' n! Q4 D8 K
充电器

存储设备电源

典型应用

' u8 q) J& u- P9 T# {" [

4 v# Y; g" t' k) i+ A管脚排列

管脚描述
+ D  S3 t+ i/ P- L, R& j1 C

# v3 [0 M1 e: p6 \1 [+ w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。
: h2 x) N5 ]# [( l
$ p9 N9 C" ?8 y- O; C7 ^, {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 p" I$ a' [" G( b02、样机特性
( G( I; N6 B; f1 ], G, O
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。

0 a" ~* \7 P5 D! G# K" R2.1、输入特性：

0 q3 X! i# b7 V2.2、输出特性(PCB END)：

2.3、整机参数：

2.4、保护功能测试：

+ L6 e* C! g# f- A5 g% L2.5、工作环境：
) v3 a+ F& b- r# L! v

4 Y! o( H2 c0 i5 a
2.6、测试仪器：

03、样机结构信息
5 \6 \4 C9 |3 d! f+ q1 T
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 @( D7 P: Y3 ]" _2 V
8 @/ x) j( u7 @& t! E" A' J) k6 R3.1、电路原理图及BOM：

3.1.1、原理图：

& k/ O% d. ?& g9 [

3.1.2、元器件清单：
; N) z9 m, Z/ k1 R
# \1 I) W. y" {: [  S; A

3.1.3、PCB 布局&布线：
, d1 X" u0 o  W7 R. r$ l( @
" p* X+ g" @2 L. s3 d

PCB 顶层布局

8 H$ b7 B  o# I8 F8 T

PCB 底层布局

, m" C0 n; @- x4 ^

PCB 底层布线

3.2、变压器绕制工艺：
9 A/ ?. w6 u$ c3 O6 t, S$ D  I
3.2.1 电路示意图：
6 M# |1 I( I" U8 ?+ F! x# p9 v

3.2.2 、规格参数：

. i) R" h# J  n# B( ?' {* v1）骨架：PQ2620 磁芯（5+5PIN）,Ae＝119mm²；
; x- l2 w! M) q& D" G* p2）材质：TDK PC40 或同等材质；
' v4 F) T( N  M! D$ \0 e3）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；
% q$ y/ L5 K+ e, n$ B5）绝缘胶带:3M900 或同等材质；
: u; n2 }0 G5 b8 _/ ]7 q3 h6 h6）初级绕组感量Lp：0.6mH±5%（测试条件：0.3V，10kHz）；
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；
; b2 {' M# t: i9 k+ Y' a+ U" F& S3 n1 g9）成品要求:浸凡立水；
  U: H. X4 R$ C7 n
3.2.3、变压器参数:
+ B; Y5 `) c+ p0 a! R5 f1 e

3.2.4、变压器结构图：
1 z: h: o, a8 f) e; c9 A9 }& Q

04、性能测评
& V0 ^5 a2 m: s$ [3 H" x( {5 g
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。
: s( j+ E5 v. v+ J. F6 E
0 s. E1 ~% U* Y5 B+ U3 G# Q4.1、输入特性：

8 V: e5 l7 T) x0 p* s: U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

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）
+ i7 ?# a& G/ E- J

( d9 Z1 @  a# h2 j表4 效率测试（PCB END）
/ O6 [5 ^7 t6 Z1 H( ]0 k8 x

' ?& @! m0 T& U1 a表5 能效等级评估（1.5M 18AWG Cable）
. L4 d" O0 u6 X- s' r- x0 M" s) q+ m

4.2、输出特性：

2 |, T$ A& r2 ?: ^# l0 U! f+ v+ H+ c4.2.1、线性调整率和负载调整率: （ 1.5M 18AWG Cable ）
/ a( V1 G; c) S/ I+ m, S1 }

4.2.2、输出电压纹波：
0 I: r3 ]. A1 V
& E7 c) Z3 v3 b7 Z" w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。
8 M0 d2 A. r4 l& ^/ `
: X! c* }( I; W8 t  V

' n! Q1 v4 t' e

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

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

R&N @ AC264V/50Hz,No Load

/ j7 c8 T8 d" T8 ]2 p5 b

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

# i6 R% p% k/ `5 {! W* X& c4.3、保护功能：

+ t; |1 q- ~9 M1 |' |5 _以下涉及过流保护、短路保护的测试。
; B1 Y& s, C: }
4.3.1、过流保护：
  Q& I- Z. o: T' @! d
5 l1 x( p; V5 X% h, ]% t

4.3.2、短路保护：
) H# |9 c* U3 {/ C3 C
& i  v' |1 w4 ]4 s; }2 R. P功率计电流量程2.0A,开启平均值模式测量。
& @0 T( i( d* Q) `. W7 S0 E2 s4 \
- P% n8 ]' F8 m4 Q4 O- j

4.3.3、Peak_load 功能测试：
. t8 B9 q; h+ n& T/ L' i
7 |$ ^- Q1 v" e% p" h7 B: y# \7 z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。

, [. z3 U& v( G% W2 v! \7 ~' M

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

AC230V Peak_load 功能升频151.52KHZ

4.4、动态测试：
) G0 r* H1 j  \" a
8 m% M% L8 a2 p9 R5 I: V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 E) P$ N" j4 ]" i

AC90V_5ms

AC90V_10ms

' A1 I; \+ m, e) m" m/ }/ f

AC264V_5ms

AC264V_10ms

4.5、系统延时时间测试：
0 D! ]* K3 }0 `& {" X5 g2 z

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

4.6、其它重要波形测试：
  @, x5 j2 N% T! q, g% R) h9 Y

AC90/60Hz，100% Load CS 波形

# T: E# T1 g! l) f( ~  ~6 }; f

AC230/50Hz，100% Load Gate 波形

' e/ \  G) R2 ~; q9 |. t- G! @

AC264/50Hz，100% Load 输出肖特基波形

3 j7 x) @8 w3 _+ Z7 @' Q3 u

AC264/50Hz，100% Load MOS-D 端波形

05、温升测试

# d! C* x: I! G测试条件：带外壳在40℃环温下长时间带载3A 老化。

0 O# W$ D' O% N" V0 ^

# B- P% z4 d  l& |/ U" X8 x06、EMI 评估测试

, @5 ^* N) B" v/ u/ }测试条件：

输入：AC115V/230V；水泥电阻阻值6.67Ω，带线1.5M 18AWG 测试；
# z/ X8 `8 e4 I8 Z限值标准参考：EN55013、EN55022B。（测试结果仅供参考）

" h6 f3 m: |' ]" d7 x  _& \

AC115V 传导L 相

AC115V 传导N 相

0 Z% ^0 F, D; G6 _% |) V

AC230V 传导L 相

AC230V 传导N 相

, s8 C0 E. K3 ~2 t; S# t

AC115V 辐射

AC230V 辐射