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

/ ^% g9 l" s4 q! }/ x1 ]) I7 {# Q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 y7 Y" X7 j3 u- f4 t01、样机介绍

4 {0 {- A8 l! m$ x/ h  ~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。
3 D8 z* Q8 @( A% _! S4 t
6 P: w) N' o. }9 B2 |6 C

CR6890H_20V3A 工程样机示意图

% Z; _6 \2 C( HCR6890H 芯片
5 Q+ _% ~% L4 A7 z( m) h0 V
8 x! {' v$ N. S9 VCR6890H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。

/ U& j! U- ^- I/ F" S& n3 Q特性

1 ~9 Z; v/ K# o, s% U# r较低的启动电流 (大约3μA)
+ l8 b1 }% E" D" a7 @) C
内置软启动减少MOSFET应力

9 a- ]8 Q5 s( R  ?( t( c0 O5 e带有Peak_load 升频功能；
: ]! j; Z  c, k8 B- v
CCM+PFM控制模式
& {. \# z; k# ^( a) f! U% Y9 t
5 W3 g! n1 o- P  [9 J/ A内建同步斜坡补偿，消除次谐波震荡
2 L# p; k: T  O4 q% K8 M5 l, f  X
- s" @7 D2 G- a$ @内建频率抖动功能，降低EMI
" l/ z9 d+ X5 J" O4 d
内置65kHz开关频率

1 ]3 W" z( n( `/ ~8 |轻载降低工作频率

15ms倍频模式
) a( z: f6 B- ]- j5 n! h
1 \9 z* |' i# g可编程外置过温保护并进入latch
' T$ x  M! T6 P3 v
/ b$ Z2 ^  y2 S% }/ G0 ^VDD过压保护和输出过压保护功能并进入latch

内置前沿消隐电路
5 C, H! ~' t6 q! d6 Q
! e' R. a4 \7 k& \/ _内置输出二极管短路保护

内置过温保护并进入latch
$ z2 X- n0 r& g2 X' Q
过载保护
! F& z# L; R5 G5 |
& M3 I3 ~' |! l; D* F0 nSOT23-6L封装
2 n2 a/ h% ~- z- u5 P$ o7 l
) F" C: [9 M3 F0 Y8 S7 n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 x. @& A: D, Q( k( b9 z8 L
/ j3 P2 n; Y# `9 D3 g1 S8 A基本应用

AC/DC适配器

+ R. @0 C' Y* b- {  c6 e电机类适配器

5 p% I: O0 v+ i0 [充电器
. [  b) E9 [9 k+ \
存储设备电源
9 E6 r. ]- M* n$ n& j
典型应用

: ~  z$ N3 j& ~* ], J管脚排列

管脚描述

) ^# l- {# x& b# i# R7 N) {

) F" t/ W; P+ v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 _5 u/ K# E# E9 Z8 I9 [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。
% H" w9 e+ X; S: S
% m, I1 V4 R& p& ]/ [3 ^! |; w7 ?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。

( j; B/ v5 S5 d02、样机特性
5 @* M1 m( _) m$ ^6 Q0 _
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。
: B2 [& x* n2 S% [- p
2.1、输入特性：
9 [  \) R; l8 y& ?

8 B: P" ?4 o0 ~7 q- l. @/ q" i
2.2、输出特性(PCB END)：
8 c# g) {1 o! \

2.3、整机参数：
# Q' B* b" U: @! x

2.4、保护功能测试：

, g+ z% y$ U- B% h/ t: s- H2.5、工作环境：

5 p+ r& u1 A* e; B: y! ]) e
2.6、测试仪器：

03、样机结构信息
/ ^' }9 m5 P. d# T8 g1 b
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。

4 w( F. j3 P) o6 s! v, C+ c3.1、电路原理图及BOM：
2 w+ n$ v# f; {& H* K' ^
3.1.1、原理图：
+ U( ?: w. d) h2 K

3.1.2、元器件清单：

6 _" u1 v* h3 j& G# l* v

3.1.3、PCB 布局&布线：
. e' b) a4 S1 \' q' O) h6 U  e
; o. {: @( k( M  N9 T

PCB 顶层布局

! _8 d7 u; q1 n

PCB 底层布局

  ]7 r2 i! M# F# u9 G) ?

PCB 底层布线

3.2、变压器绕制工艺：
' Y& O5 T) ]3 |/ T
3.2.1 电路示意图：
$ }' e6 w. n* a8 ?8 W

3.2.2 、规格参数：
& l* `4 k1 S6 W  ~9 a: T
1）骨架：PQ2620 磁芯（5+5PIN）,Ae＝119mm²；
  \; X1 Y. G6 _4 V& Z$ G2）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）；
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）)；
* ^' H, R) [' V0 Z6 ?( h8）耐压测试= 3.3KV 5mA 1Min；
9）成品要求:浸凡立水；

9 N5 b. x7 C  O3 D  Q" i. E5 [) B3.2.3、变压器参数:
+ y" X6 j8 s; F0 X

3.2.4、变压器结构图：
( L9 ]! S1 M3 |  u4 n1 j/ s

04、性能测评
: _7 e: A7 E: ]" H- O9 h5 x% Z
0 f6 }% l; P# {& V' m8 w) C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。

$ Y2 S* B: k, R6 h7 {( E4.1、输入特性：

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
8 u5 S# x/ ]7 B7 ]$ S2 m+ {

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）

表4 效率测试（PCB END）
+ M% E6 X; \! N, u5 C9 k3 {

表5 能效等级评估（1.5M 18AWG Cable）

4.2、输出特性：
4 I8 T% }) K& j9 ]0 C
8 x  L; [2 D  q  j' ]4 q0 l4.2.1、线性调整率和负载调整率: （ 1.5M 18AWG Cable ）

4.2.2、输出电压纹波：
" }6 |4 [8 T5 n" [  y! 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。
7 m* u  p1 G7 w! M7 M7 I' z
! R  h" K% _) I0 T

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

1 p8 @& I1 W% o: M' V

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

R&N @ AC264V/50Hz,No Load

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

4.3、保护功能：
" ?! ]/ ~: v% p7 o, S% E
以下涉及过流保护、短路保护的测试。

: `% s4 v& b" a8 O& v% u2 ?4.3.1、过流保护：

. U3 C7 k- a$ ?8 d1 b

  J4 D$ K5 i! E9 ~# k( e4.3.2、短路保护：

; p9 g! [6 _% p/ @功率计电流量程2.0A,开启平均值模式测量。
' ~4 F; n+ y* ^# I  k2 {

4.3.3、Peak_load 功能测试：

6 `+ t. ]* }- q3 V* L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。
* U' T& X+ m) l$ n
* h; h, j0 n. {6 O2 ?9 H6 [

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：
, S9 s5 D( L3 B6 E! J  s# b
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)

AC90V_5ms

AC90V_10ms

3 t# N, a! H8 u3 G- l2 v% T

AC264V_5ms

AC264V_10ms

4 S8 l) k9 q* V4.5、系统延时时间测试：
$ t! H0 }/ f# j

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

& z" E$ \8 C/ ]7 P! S

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

1 d- }7 ?  W! F. ]* ?3 h2 q4.6、其它重要波形测试：

. w0 ?! F# n/ J

AC90/60Hz，100% Load CS 波形

4 R: J# [/ k' ?" \; x& p! i) J

AC230/50Hz，100% Load Gate 波形

% @9 }$ g( ?# J5 e/ f: Z

AC264/50Hz，100% Load 输出肖特基波形

AC264/50Hz，100% Load MOS-D 端波形

* P7 C" k; _' [* j05、温升测试
8 c9 ]) |. z  W/ Q$ u+ f2 M# m
) M3 b1 |- g- v3 u9 M测试条件：带外壳在40℃环温下长时间带载3A 老化。
6 b/ g9 H; k3 L8 W% W  k

. W8 [$ p) K; o- f+ W% |) T06、EMI 评估测试

测试条件：
! M6 B3 Z6 C6 C2 m1 ^4 o4 \( l
* |0 }% W/ g8 E' g" y; K5 N" [& i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）
, ]9 _( H1 h' \7 j1 B# ?
2 U1 p: L  W" P5 q! [0 T, [

AC115V 传导L 相

AC115V 传导N 相

  B. o6 C) }4 }) d# K- Q; P$ h0 T# O

AC230V 传导L 相

4 y  V' |; j9 V

AC230V 传导N 相

AC115V 辐射

! n! T* N9 w7 ~1 ?9 Y0 ?" Y

AC230V 辐射