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。

6 a7 W- h/ U/ W; H8 l( m01、样机介绍

# |$ G' |7 T8 p# b. z. }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。
% Z: @* l* X7 N3 ^$ G' r

CR6890H_20V3A 工程样机示意图

CR6890H 芯片
4 |! e  }& q) `6 u+ M" ]7 m  }
6 U2 y7 G* e. V& B& L% nCR6890H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

! b- i4 I3 V  w, F/ B. o较低的启动电流 (大约3μA)

( ~- y6 \+ S/ q/ A0 ]内置软启动减少MOSFET应力
/ D5 g0 x6 ?; }% u- `
带有Peak_load 升频功能；
5 g' z2 R' q1 v6 u  m" L4 D
CCM+PFM控制模式
8 z. j+ n6 H1 G. J7 H
% T: K* ?* p$ h3 K+ j+ _% {5 V内建同步斜坡补偿，消除次谐波震荡
- w) Q8 f6 Z$ J+ r
内建频率抖动功能，降低EMI

3 X* J4 B3 C2 R5 c4 H$ t$ x内置65kHz开关频率

轻载降低工作频率

15ms倍频模式
( W3 y! a: d" P0 W  l$ B
1 B8 V& G* U$ C可编程外置过温保护并进入latch
( s# i3 y' K/ H: v# M2 N
VDD过压保护和输出过压保护功能并进入latch

+ W0 y8 t5 J! Q+ J- L1 q8 B内置前沿消隐电路

3 X' x# C$ B8 b4 o2 e5 j2 F内置输出二极管短路保护

% t) x6 ~7 F6 u2 z9 F2 L内置过温保护并进入latch

: ~* l% W/ M" v; {过载保护
5 i" G0 `& @# D4 |0 L- m
SOT23-6L封装

" e/ w+ j* g6 R1 u' l2 g& c( w" 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 P* A) b& C( b3 d  z2 ]; l基本应用
* K0 N6 G8 c- \* n) V# s( G* N$ m* O9 C
: w7 r3 @" h* E  Z8 MAC/DC适配器

8 M9 ?3 i* k/ t" W电机类适配器
1 k2 t' y0 w! Q+ e+ r  t, _+ E/ ^
: g' P) e8 E' ^) `充电器

( t; T1 c9 H2 X/ G. J存储设备电源

典型应用
. c7 L# `2 a  i5 O! A7 q
" g( J5 S5 v, U0 U- n5 D) A

# L; y* Z! b: n$ _2 @管脚排列
( O. b3 t3 X, c: X) z$ U! M

管脚描述

1 k3 L# `9 E3 u( A- }7 Y$ X$ T& a

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。

3 R9 m7 @* X5 y" t* i6 X2 p' a7 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。

! _) |- w1 E  G3 G( i7 }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。
( g4 o: \; Z/ M/ G/ V& x; f
02、样机特性

# ]' Z, p( i! f+ z& ?  {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。
7 I5 |" z0 I6 s, m" f" N
2.1、输入特性：
# I7 e5 Q, G9 D( Q' l& b0 m

3 [. F! D5 a/ e) g9 h* r# O2.2、输出特性(PCB END)：

/ B" |; v' L% Z0 C2.3、整机参数：

2.4、保护功能测试：

2.5、工作环境：
* F# Y# q$ O/ `& K

( ~) p, T+ A$ ]. S# ^/ u3 }' `
2.6、测试仪器：

03、样机结构信息
' |; e$ \. {7 `
( }* ?6 Z/ A: z* e  `0 g" q8 M* d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：
- F+ [" U* m; m* d$ P" A
( H/ v3 a1 t) i3.1.1、原理图：
5 M, \' \* [+ F8 c1 \  K3 M) U
& V- F& F4 ]; [0 a% H% G

3.1.2、元器件清单：
+ @6 X1 `+ P6 S' k; M
9 C/ o& ]" z6 g# h2 v

3.1.3、PCB 布局&布线：

PCB 顶层布局

: {5 S: t5 r& p; p( d. U

PCB 底层布局

7 v/ E; [+ ~% _+ A& a" C# S" o* d5 x

PCB 底层布线

3.2、变压器绕制工艺：

5 y  @( {/ q0 D1 l/ m" a0 f/ N2 w3.2.1 电路示意图：

3.2.2 、规格参数：
, l2 G5 ~8 W  y  k; Z: L
! ?0 j0 k8 D) T$ a  X) S' M1）骨架：PQ2620 磁芯（5+5PIN）,Ae＝119mm²；
2）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；
  B! u9 |, M  L  c4）N1 N6 N7 绕组从变压器针脚B 进线从顶部A 出线，磁芯接地；
  F. U7 @( B. l/ \8 I/ N5）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）；
5 o8 h% j+ t4 z! l7）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；
" u2 D, w9 q+ k6 G, O3 l9）成品要求:浸凡立水；
+ L& l! [; j) Z9 a, \7 H: n. Y+ P
3.2.3、变压器参数:
0 @3 L4 L2 S' b8 ~5 f$ W

8 T" F, Z0 C( s6 n6 A3.2.4、变压器结构图：

1 x- E( X1 z# {' k04、性能测评
3 u$ R5 U# Q' d9 j
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。
5 c8 C1 B# r; Y0 j6 `4 K
2 _% n# l4 t* o& y( o4.1、输入特性：

2 ]! I  Q1 g5 i: e( A# W, {7 c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。
4 [1 q  q% Q' ?
表1 待机功耗
8 d1 K  \: X! Y7 I

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）
" \7 \/ ^8 k: ?# D

: @: ?' l% }0 D* O& v& `表4 效率测试（PCB END）
2 f6 s; c& w( P1 |2 s; G* o. `

表5 能效等级评估（1.5M 18AWG Cable）

4.2、输出特性：
& S1 M" p* \' i$ j8 }2 L6 S/ \
4.2.1、线性调整率和负载调整率: （ 1.5M 18AWG Cable ）
; v/ i, b- X( F  }7 E

4.2.2、输出电压纹波：

5 C* ^  A1 ^0 X* L8 n0 f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

3 X4 n& t/ q; w

R&N @ AC264V/50Hz,No Load

- x$ d7 t2 n( L; G8 S1 {

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。
) \8 v3 {' @% f, X0 g" s" A2 I
4.3.1、过流保护：

8 n( H7 }! V  k

4.3.2、短路保护：

/ W; Y( f4 e8 `- E8 I2 [* d8 z功率计电流量程2.0A,开启平均值模式测量。
; f/ F' k! p  m6 l+ F9 l
. [  ^8 R$ K' j; A

4 t3 I; D8 m  p- T$ j4.3.3、Peak_load 功能测试：
! P+ C$ O- N# n
9 s9 q8 ^" _) M$ F9 {$ q- O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。
6 O$ n: @! M; P; a8 ?, e4 R
5 }0 V2 M# c% B- n' `

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：

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)
8 _6 H7 J# M$ R& ~

AC90V_5ms

AC90V_10ms

3 C6 f* E% d9 w7 }8 T6 h9 w

AC264V_5ms

AC264V_10ms

" I# ^# C* x$ }! g$ {2 j" w4.5、系统延时时间测试：
' ]. T; R" Y5 l5 r% f2 F

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

  P3 S; _3 m3 o! O$ x8 L, u3 f

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

$ ^% k6 H( f5 r( y$ L' W

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

4 V1 K% a, H- Z

AC264/50Hz，100% Load 输出肖特基波形

AC264/50Hz，100% Load MOS-D 端波形

' q' O4 U1 p+ p: w05、温升测试
0 w" k2 N6 a5 ^& A
$ f& }8 b6 L& l4 s0 \测试条件：带外壳在40℃环温下长时间带载3A 老化。

, i$ {+ F' u' u06、EMI 评估测试
( \  V) b! M/ Z6 |0 m0 r% g. D
测试条件：
' W+ s9 c# A; k3 |2 X# G' D# P9 u
输入：AC115V/230V；水泥电阻阻值6.67Ω，带线1.5M 18AWG 测试；
0 J; a7 I' `1 U5 s4 S限值标准参考：EN55013、EN55022B。（测试结果仅供参考）

- o! y* ?% R' D; Q, n5 j0 h' [

AC115V 传导L 相

9 @  q# R) F7 i  i9 y$ j1 k

AC115V 传导N 相

7 L5 K1 d% t# Z& a9 ?. d; ?9 b

AC230V 传导L 相

, h1 Q" c% ?0 }0 {. I, i

AC230V 传导N 相

9 v- P0 }- ^5 h2 y: \

AC115V 辐射

+ ]( A; E4 z5 _! {5 `

AC230V 辐射