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

: K4 j" X8 Y! B0 j9 N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。
2 d1 g( E7 g8 G8 f) ^
01、样机介绍

" y, l9 \' m" c4 I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。
8 j( k9 |) T* r* z/ j! F
# i/ ^, q, ^0 r/ o2 H* R% i

CR6890H_20V3A 工程样机示意图

- N5 L" `- q, V" I. g% H& HCR6890H 芯片
" j  O/ d6 g( F  f
0 e* ^9 H" ]) y" X  U8 fCR6890H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。
- _! i, b! m4 n( D2 V
# t. T0 e" S$ Y4 C4 M8 }+ E) v4 Q. L特性
# H& p  g1 g; J) p
8 f; Q/ S5 ~+ _. N5 n3 z' ~较低的启动电流 (大约3μA)
2 q# t" A, T0 k1 l$ ~0 Y. l
内置软启动减少MOSFET应力
8 e' R( x; o8 ], p
带有Peak_load 升频功能；
' s5 A* a9 }4 [' l; }0 V+ O
4 V# |* M. V7 H/ f& bCCM+PFM控制模式

( n/ P  W9 Z" w' [% q内建同步斜坡补偿，消除次谐波震荡
1 h8 T& u8 Z8 a+ k) j% `
内建频率抖动功能，降低EMI

内置65kHz开关频率

3 l  ?# P3 g* P3 |轻载降低工作频率
% b- D! O& m( E! n9 d4 Y
15ms倍频模式

6 b2 |% T+ l) ]5 f3 M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
' A4 i3 \1 W& K; A6 w3 O
内置前沿消隐电路

内置输出二极管短路保护
% C9 t. E) ?: m' a# C8 \
0 V; m' E9 r% h9 d2 f; _( q1 R内置过温保护并进入latch
' m- ^; E' L1 ^: h1 A* |
过载保护

SOT23-6L封装
# R% |3 L& J. `, K2 J+ @1 C
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。
. `9 g& X- L/ q6 h
/ m- Y% U8 t# @$ U基本应用

AC/DC适配器

电机类适配器
3 y$ o9 V, `  X& C, z
充电器

存储设备电源
% P- v" t% `& [/ ~
9 @7 u+ Q( q/ I3 @典型应用
3 R4 X( x  u& I
& R; Q1 }. u7 E2 S+ y

管脚排列
% k( X5 y; Z' @  x

管脚描述
, v: a8 t- C& `& Q4 V& y
0 X. `1 |- r' e( d% G1 i

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。
2 A# N: N. d9 b9 [/ K7 s
, d0 s  Z& U6 e. m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。
4 c# B" I8 t6 I- g
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。
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02、样机特性
' ?7 b% E9 ^* k* \# T. i8 N  [
# j5 T# F+ H# p, L) J. X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。

  x7 f( `% Q" H* Z' T2.1、输入特性：
2 A6 e/ P* S2 G; ?9 {

) I+ h8 Z5 f5 B  W2.2、输出特性(PCB END)：
+ b# r5 u( z; f8 t+ i: H

2.3、整机参数：

8 K2 L7 Y4 r* I: l  J3 `& p. w2.4、保护功能测试：
0 _  F* K5 o: b2 R2 b! p* N5 [0 y$ p

2.5、工作环境：

* k/ B0 ~- z7 }1 G5 ~2.6、测试仪器：

03、样机结构信息

9 P! }6 P% W, {9 |7 c" n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：
) N2 g2 M' K6 @* ?+ K% Q9 M
3.1.1、原理图：

; `; B) y; [, T" K5 W

& p1 T, M7 T, X9 y3.1.2、元器件清单：
/ T, z2 u7 j" ~) k3 W7 U
7 D; }! V/ ~, w1 [

3 ~9 }: j2 W- j# T" m/ Q$ z3.1.3、PCB 布局&布线：

PCB 顶层布局

PCB 底层布局

# @6 q( }1 K$ \( K8 J9 ^

PCB 底层布线

3.2、变压器绕制工艺：

* g* @3 w* ?1 {8 M) r' d, {& D( N" E3.2.1 电路示意图：

3.2.2 、规格参数：
7 [$ A) ~3 J1 ]; P* g' U3 h: C3 c! J0 a
  n# q: _6 J, E! T2 t7 I% r1）骨架：PQ2620 磁芯（5+5PIN）,Ae＝119mm²；
/ w/ K. ^1 g% ^3 c* \! N2）材质：TDK PC40 或同等材质；
; f7 H1 s6 B2 Y' i! P3）初级、反馈: 2UEW 漆包线；次级: 三层绝缘线；
  G0 K2 C1 Q5 o* _, ^7 ]1 @8 a2 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；
: @* i. o( B& q) l" `( O  S* q5）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）；
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；
9）成品要求:浸凡立水；

3.2.3、变压器参数:
" Q, i8 b- Y% ~( }( m6 r1 w/ v
1 H: t/ }; v1 D2 ?. @7 b/ W$ I8 k

3.2.4、变压器结构图：

04、性能测评

7 m" v% r. ?$ i/ }, @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。
% @2 e$ k6 J2 }( N' G% y4 }7 P7 Q
4.1、输入特性：

' `9 R9 O5 e6 ]* H; J5 ~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。
! k; B$ F+ \0 B" `) l
6 s. [6 `: R) _$ [9 D表1 待机功耗

表2 输出接1.5M 18AWG Cable100%负载下的输入特性
  Y8 H; Q4 X  q( t

/ `5 o+ i/ P! t7 k0 k0 J表3 效率测试（1.5M 18AWG Cable）

0 M, @0 Z( c8 O7 |9 d- m表4 效率测试（PCB END）

! I1 d- n4 P! J1 g( ~% A4 D" h表5 能效等级评估（1.5M 18AWG Cable）

  _% l7 B. Q8 Y4.2、输出特性：

, P0 O! q4 x, ?0 L1 a, \& c4.2.1、线性调整率和负载调整率: （ 1.5M 18AWG Cable ）

$ Z2 q% i* B! [) A% D2 o, j) T
  q, s0 \+ Q) A5 Q0 [- h& M4.2.2、输出电压纹波：
7 i; p8 `5 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。
: E6 _' }8 T/ R& E2 \/ ^2 H9 ^5 [

/ M! q0 I0 X. b3 i7 K

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

1 a5 V# N+ x' P7 K) j& Y( Q

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

# z, @7 V5 T) f1 M: k$ e7 m8 j3 o

R&N @ AC264V/50Hz,No Load

/ e8 W  x2 l  R* r

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

4.3、保护功能：
3 e$ b6 H5 d) q% O$ T6 }
, V1 l0 d& G& A% w! A8 h) V. k7 J以下涉及过流保护、短路保护的测试。

. G' S3 }. d/ i/ v& w/ @* F, k) |4.3.1、过流保护：

4.3.2、短路保护：

功率计电流量程2.0A,开启平均值模式测量。

: V2 ~- i7 f$ {( m! W4.3.3、Peak_load 功能测试：

5 t7 \" a9 s+ z1 E+ k% m3 x4 R3 c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

0 }6 S0 t  |5 O1 X1 \! S

AC115V Peak_load 功能升频151.52KHZ

AC230V 发波周期11.2mS，Vo 最低18.2V

7 T, {9 F" d9 j

AC230V Peak_load 功能升频151.52KHZ

% x! P+ w8 H  d, n; k4.4、动态测试：
% @  O2 p5 F$ G- m" Y- w6 o6 s! x
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)
* J; L3 R# B# s/ S, W$ r7 B# J

AC90V_5ms

AC90V_10ms

AC264V_5ms

8 V, p5 Q; {! b9 y6 T

AC264V_10ms

: }6 y& T4 H! p6 S2 p# m7 F- x1 S4.5、系统延时时间测试：

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：
8 x( r' t  p1 V- |6 s

AC90/60Hz，100% Load CS 波形

AC230/50Hz，100% Load Gate 波形

" a3 m: ?, g0 Y  d4 h& B

AC264/50Hz，100% Load 输出肖特基波形

& G9 n' r0 s4 h$ K% t9 U  H

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。

* J$ S4 f( U1 B

06、EMI 评估测试

2 g( Y, z& |# p! _测试条件：

输入：AC115V/230V；水泥电阻阻值6.67Ω，带线1.5M 18AWG 测试；
+ \- ^/ b2 c- t限值标准参考：EN55013、EN55022B。（测试结果仅供参考）
% h; W1 k9 |* Z! Z% x0 u- k

AC115V 传导L 相

' @& i& V; x# @

AC115V 传导N 相

& ]8 S4 p6 ^5 D

AC230V 传导L 相

) P& k8 m3 b' [2 U

AC230V 传导N 相

AC115V 辐射

3 b9 [$ g! l& S1 \0 I% C

AC230V 辐射