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

+ q, \: T% _" g6 {1 W5 ]& \) n: S
2 S1 r8 k% N, v+ P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。

01、样机介绍

0 J3 ~/ [2 y: ?2 }+ r' 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; P6 F, |- d& V

CR6890H_20V3A 工程样机示意图

1 i( H, B; s' l( aCR6890H 芯片

6 T4 t* L) h5 kCR6890H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, r, ?* ?: _$ w特性

较低的启动电流 (大约3μA)
, c5 A1 _& a) Q! R0 d0 a
& C! S+ L& @+ Y# E4 A" G内置软启动减少MOSFET应力

$ }% ]- |, X0 Z: s带有Peak_load 升频功能；
4 {, Z* G  \: ?7 r" F. p- e
CCM+PFM控制模式
! O+ C, G6 Z% g$ }  d; ^( o9 ?
内建同步斜坡补偿，消除次谐波震荡

2 c, k7 ~: ^  C内建频率抖动功能，降低EMI

内置65kHz开关频率
/ K4 E2 z. S8 f% m9 w+ u
轻载降低工作频率

- ~# l6 I4 a5 k3 y15ms倍频模式
) r" S- i- F! j+ q& V" Y& i
4 m2 d0 e+ ~. l2 e- O0 D2 T( x* t可编程外置过温保护并进入latch
2 ~7 D1 t$ i7 e5 s% g2 r* {3 S
VDD过压保护和输出过压保护功能并进入latch
% t1 y5 L* M  M) d* n
内置前沿消隐电路
  h8 V+ f1 l0 m% r. o
内置输出二极管短路保护

" `' M  ~$ \" w& u& N4 H  m内置过温保护并进入latch
' G) H% J& j( c7 s, E( H! @
过载保护

; T5 ^5 `, z! a6 V6 M) f' [SOT23-6L封装

4 `# c' w& E; a" Z" _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。
+ I4 q) h6 ]3 U1 ~, b
基本应用

AC/DC适配器
" Q( C* g$ {7 n7 I* u
' ]+ ^# h* j0 I0 ~, s0 F  e电机类适配器
! d9 K- f" N/ T6 i( c) E4 u
充电器

存储设备电源
. V2 Y3 ^4 C2 w( T. X1 y8 \- H
典型应用

+ V1 x( A) \6 C0 T# H& N) R6 F管脚排列
& k+ V3 j5 a  U# k2 a

管脚描述
; m5 y! Q/ n9 z/ l+ C3 Y* d
. @; v- @) |2 u! R% T' S1 {( |

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。
6 N4 Y# t+ D* R( l7 K! }! [
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。

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。

" X! u& w  k- @( @; @: F02、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。
$ d0 n' h/ }' Z* Q' u
+ `6 _/ o; Q/ Z+ H+ x  f2.1、输入特性：
+ f) Z- H. ?! H, L

) V8 I$ b" b: e9 w# S; F3 E
# R( p& A, {1 K2.2、输出特性(PCB END)：
) M5 J& f& N: [& i

, v( X7 y  S" @% p6 o4 T4 C  C! d
2.3、整机参数：

7 I% H$ K, l8 d4 R& \' R2.4、保护功能测试：
/ o2 p; x8 b$ \) l0 ?- o

& f8 `8 q$ m- u( L; J3 o9 d2.5、工作环境：
% L. s8 C7 Z# C9 d' j! P; _

, {* a) o) W; V# _9 s
# Z% i) O  f& C$ s% s2.6、测试仪器：
  f; x, L4 T7 c. T! o1 p0 b. E

03、样机结构信息
- _' v% _% g0 Q. B& L
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 q6 Z5 {2 e3.1、电路原理图及BOM：
: a) x, R  \6 w$ Q) O
2 h0 n0 j- R' X7 B3.1.1、原理图：
& f& Y/ s$ U4 L( }8 W# Q5 c

3.1.2、元器件清单：

7 G1 R7 b' D+ Q, |, D4 l- `3.1.3、PCB 布局&布线：

; u1 c+ S& ^& Q% P% j0 Y' J# }

PCB 顶层布局

PCB 底层布局

PCB 底层布线

3.2、变压器绕制工艺：
) \  t: v& |/ D% D5 \# v, s* _4 W! A
. j. f! x* [- S1 @! T5 x3.2.1 电路示意图：

3.2.2 、规格参数：

% K8 Z9 w, r# B# O1）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；
; M/ N! `/ x- f" G4）N1 N6 N7 绕组从变压器针脚B 进线从顶部A 出线，磁芯接地；
1 d2 B4 M" {. s# c) E- r- d5）绝缘胶带:3M900 或同等材质；
9 `" W7 }3 Y- h3 Y9 U6）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；
0 T& D+ T! M: r$ {- ^% N1 f2 @3 x; T9）成品要求:浸凡立水；
! I. }) w! K! ~" r6 N7 V0 t1 B
" a! L, z/ u4 L2 r- v: b% L# M3.2.3、变压器参数:

7 o# ^1 G0 b- ^( r

' z3 k) G4 }6 }) B3.2.4、变压器结构图：

04、性能测评

9 V- n7 |" r6 }8 k/ L9 L) I; B* m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。
9 m0 t+ T( C+ C9 U* y
; N) A7 W, g- e) H) H" V& V; i4.1、输入特性：
! _7 V5 a0 j" T" B1 `, ]( H
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。

% z2 B+ E! G, Q' Y! Z表1 待机功耗

5 p) v) A3 A! S1 P5 j1 d表2 输出接1.5M 18AWG Cable100%负载下的输入特性

$ e, n6 }# U0 B4 }- O% s表3 效率测试（1.5M 18AWG Cable）

1 F& O1 h7 `' v& ]2 ?8 {% P表4 效率测试（PCB END）

' a5 [2 R  F) T! N表5 能效等级评估（1.5M 18AWG Cable）
! M* i# s, A0 ?% w& N- K

4.2、输出特性：
* O5 A' j1 M, [* t4 V
: F" g  ~& d! ~9 |" X9 ?; Q& X) C4.2.1、线性调整率和负载调整率: （ 1.5M 18AWG Cable ）

4.2.2、输出电压纹波：
) n: q0 W5 K/ |
9 X2 Q7 H( }2 A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。
/ k8 k3 d/ o0 |' ?. a- g

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

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

9 ~1 M# f1 @% M6 J+ S

R&N @ AC264V/50Hz,No Load

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

4.3、保护功能：
* F  C) x( p/ z' T( {
$ D  h& d1 ?+ a' `" o* }" A. x  W以下涉及过流保护、短路保护的测试。

4.3.1、过流保护：

! c" q/ `" v9 a3 }4.3.2、短路保护：
- }) ~6 y8 j$ x" Z$ j7 k
& S* R1 Y, b5 ?# i3 k7 \% d( L功率计电流量程2.0A,开启平均值模式测量。

( R& ~7 `1 I: l8 j: h# W# n5 K

0 f3 l9 l9 N3 c- p3 M& D! [$ v4.3.3、Peak_load 功能测试：

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。

( y  N! U0 v; H* l9 {

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

8 b- ^* u  ^2 s# o; `8 o$ H

AC230V Peak_load 功能升频151.52KHZ

3 F. O+ E0 i3 H) ~2 j4.4、动态测试：
; Y. l' G- j: o2 O3 d( w* f* p7 }/ u
- {) ^: e8 |( F) W6 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)

AC90V_5ms

AC90V_10ms

- y# X9 x% x5 n% b8 ~* \! p

AC264V_5ms

AC264V_10ms

0 E) r( r6 Q! o; h/ l4.5、系统延时时间测试：
' C  j8 h4 I% f$ g. w
1 a) V5 x# v& q4 _) w7 T

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

6 c$ p* }3 `, {& }6 b( _

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

% W: Z% D; V9 F. b3 c& j

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

# h1 y. g5 Y4 _- f* ~9 M

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

4.6、其它重要波形测试：
+ ~$ q/ x! J) a  p; W5 n/ S. Y
$ O9 e& t7 A( T2 a9 r( W3 h

AC90/60Hz，100% Load CS 波形

AC230/50Hz，100% Load Gate 波形

AC264/50Hz，100% Load 输出肖特基波形

- Y) L1 \" {8 M' V2 n

AC264/50Hz，100% Load MOS-D 端波形

0 z+ n% U9 S# V6 H- O$ ^& S# `  J05、温升测试

测试条件：带外壳在40℃环温下长时间带载3A 老化。
; H5 n2 J5 Q4 K+ t# G1 j

06、EMI 评估测试

. s9 X; [- B# H& x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）

  ~" P6 y, O+ Y; L& Y

AC115V 传导L 相

AC115V 传导N 相

AC230V 传导L 相

: S# C- ~# K5 b

AC230V 传导N 相

& u* y* y9 O3 g+ H/ Z' s

AC115V 辐射

AC230V 辐射