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

" W6 B) ?+ i) h/ v+ S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。

# x. v, t; Y5 Q; d7 z01、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。
5 S5 k/ k2 \/ v
4 C' `# A0 v" ]. `) [) b

CR6890H_20V3A 工程样机示意图

1 C3 D/ K5 j; j& VCR6890H 芯片
# {- H+ I# z& M$ ~: g% G" \; Y
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。
4 d6 P7 A, y: f! P% i. g
特性

较低的启动电流 (大约3μA)

; n2 f  F0 V/ q2 V! l内置软启动减少MOSFET应力

带有Peak_load 升频功能；

: [" }5 G: U/ pCCM+PFM控制模式
* J% f( f' N# V& P4 [. F
, G+ t) l( b1 }/ K3 n3 U内建同步斜坡补偿，消除次谐波震荡
4 Y% X" }8 W5 C
- i# f. @" o2 G% t. _内建频率抖动功能，降低EMI

内置65kHz开关频率
8 N2 T4 L" ?2 T0 ~, }
3 }( S) H  |# w) B2 }* Q5 `: x轻载降低工作频率
0 p! }9 g; C! B* j1 |. m0 G, }. _
15ms倍频模式

: _  p8 Q6 r) s3 ~+ @可编程外置过温保护并进入latch
3 C% p9 S9 f" S8 ^( Z+ \# u
VDD过压保护和输出过压保护功能并进入latch
7 X/ ?, ^8 @. M9 k* [
9 _! T; N" j  t  ~% Y) m  L; ]内置前沿消隐电路

/ h" R' n9 [. @+ s内置输出二极管短路保护
) m: X& o% w/ r3 j8 \
* W& n8 N) @1 q( F) B内置过温保护并进入latch

" X; [/ A( s9 M( f  `) [: n7 {过载保护
( y9 h# b% q5 r1 [) P5 d9 y" o6 a
* b1 s! [4 G9 u0 z' vSOT23-6L封装
! G/ l* y; f/ R9 S2 C8 C
  V: L3 @6 J- Q7 v0 z1 F) K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。
7 d( F" Z5 t' c5 M
, m% T3 W1 q. F; @2 M' q基本应用

AC/DC适配器
) u1 A3 B% K6 C( [! \
电机类适配器

充电器

存储设备电源

9 s) K' \- K/ a) D6 @1 B- G. c+ T典型应用
# k3 v$ J- N; u$ v" h& \; W1 x

管脚排列

) q! {' m+ }- @% _" N% ^$ M

管脚描述

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。
0 W8 m9 X5 T3 X3 v# F; y
7 w" a0 J% D. m. q9 _0 ^2 d& Z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。

8 _2 V: w' @& U' d) ]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。
( z/ Z3 B! ~+ k
2 r% }# e2 f; S  V: y+ Q% h! f0 @, b02、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)：

2.3、整机参数：
5 O4 a9 j/ x5 `; O4 D' S6 R' w

& H- K1 J* l5 C8 m- F5 f& f2.4、保护功能测试：
( p6 |5 _+ c/ S

2.5、工作环境：
6 `. r, k, d; _5 T9 z

/ Z, n/ q0 W' A  z$ o: m$ Y2.6、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。

/ f3 P1 M" U# Y8 W3.1、电路原理图及BOM：
7 i7 u) {8 w, x, w: s" v9 @' C
3.1.1、原理图：

9 \& i3 F$ e3 }# I

) S, Z6 x1 G( w0 ^  \$ R3.1.2、元器件清单：
5 \$ H. }/ G1 D9 C
: V# k1 |, l; V% i

2 b. A# y+ \' y3 A" x9 r: Q3.1.3、PCB 布局&布线：

* W8 L" E1 c8 Q2 T4 Y5 K9 L

PCB 顶层布局

PCB 底层布局

* D" O6 y; r) V+ H

PCB 底层布线

3.2、变压器绕制工艺：

3.2.1 电路示意图：

1 v$ ]2 w4 \) Q$ o# N8 M3.2.2 、规格参数：

+ {4 z; k$ M3 N4 {, O5 a2 b' Q1）骨架：PQ2620 磁芯（5+5PIN）,Ae＝119mm²；
, D' e& n7 u) o6 m$ O: T$ c2）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；
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）；
  V  E; j# W; l- B1 u' Y7）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）)；
5 ^, j& a5 }* _" P# c- ~8）耐压测试= 3.3KV 5mA 1Min；
, L+ H4 T* p. K: H- Z) h* L, k9）成品要求:浸凡立水；

! `. z4 S% e9 p3.2.3、变压器参数:
2 }# x0 {1 [) D0 _% q" ]7 {! y

3.2.4、变压器结构图：

04、性能测评
$ [. j$ x) ?4 R5 E. O6 L$ I
4 H; T* d2 Y+ K3 @. O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。

# x- J4 j" i& s2 n% m1 R! H4.1、输入特性：

+ s4 \( Q  c  @1 G! i$ 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。

  E( ?3 ~5 v- U& ^& n4 A  x% a表1 待机功耗

表2 输出接1.5M 18AWG Cable100%负载下的输入特性

: R4 L9 O9 Y4 s; x$ L, v1 D表3 效率测试（1.5M 18AWG Cable）

表4 效率测试（PCB END）
9 l3 R% ~8 m' `+ Z% j7 w) z8 o7 f

+ z# h, Q# d, @7 c表5 能效等级评估（1.5M 18AWG Cable）
- ?6 |* T  q/ j& e# H3 \

4.2、输出特性：
% h! A2 `1 a% Y. I" S$ a
4.2.1、线性调整率和负载调整率: （ 1.5M 18AWG Cable ）
! A" p# A8 _: E

4.2.2、输出电压纹波：
$ ^" n: T5 }4 u; A  m$ m6 ^
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。

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

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

2 p; f4 i5 K# c+ s# k3 q* t1 Y) G

R&N @ AC264V/50Hz,No Load

# a9 ]# x$ Y4 c) z* ^- J, }7 ~

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

( o0 p$ \; y  y: x4.3、保护功能：
6 [( x5 V/ k/ B2 R1 r
8 _# F" E/ ]% ?3 f7 M以下涉及过流保护、短路保护的测试。
* u% c" T' {! a& O0 `
' z2 F% o. J3 b& W, Q  a4.3.1、过流保护：
4 Z/ r" h0 y, V

; |( W7 Y' m  I8 v6 X" v4.3.2、短路保护：

9 B  t3 X: p  t5 ^  u$ N7 D功率计电流量程2.0A,开启平均值模式测量。

9 v6 m+ x2 C+ Z- T9 N9 q, ^" F4.3.3、Peak_load 功能测试：

. N, J  G8 p- y0 n5 @/ c2 y  d; W! [& 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

AC115V Peak_load 功能升频151.52KHZ

+ w" [7 E! \, K+ |4 Q- g0 J

AC230V 发波周期11.2mS，Vo 最低18.2V

% `$ C% ?1 a& h6 U6 Z/ Z3 s+ Q

AC230V Peak_load 功能升频151.52KHZ

7 Y( t* |; W0 c! I2 y& T3 r4.4、动态测试：
3 m/ T+ Z) ^! 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)

( ~1 o/ ]4 g* C1 U3 t* L7 G3 S1 a

AC90V_5ms

AC90V_10ms

AC264V_5ms

1 a  k+ T: V6 S2 {

AC264V_10ms

3 O% @6 w: R2 @" p( N9 x1 M: \9 V4.5、系统延时时间测试：

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

3 z# m0 r4 u& |+ n& p* R+ O

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

" W8 U; A* P# V

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

4.6、其它重要波形测试：

' Z0 E+ j' p2 W# c" _7 \

AC90/60Hz，100% Load CS 波形

5 C  h1 b' G0 }; ]+ n6 Z/ ~6 q

AC230/50Hz，100% Load Gate 波形

AC264/50Hz，100% Load 输出肖特基波形

" X! I' ^8 K$ o3 j

AC264/50Hz，100% Load MOS-D 端波形

05、温升测试
+ O1 G6 l# [; A- k+ ~
测试条件：带外壳在40℃环温下长时间带载3A 老化。
! s/ d; V) ^3 |- P" {4 _

06、EMI 评估测试
. q& |, p9 C* K8 n: \& B
& f% A9 ?2 ?2 Q, |测试条件：

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

AC115V 传导N 相

AC230V 传导L 相

AC230V 传导N 相

AC115V 辐射

& a, p, b  K; P$ t6 }

AC230V 辐射