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。

01、样机介绍
* s2 ~3 p9 H* S; J/ Q2 u4 b  f
: D* i% B" {- c0 c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。

CR6890H_20V3A 工程样机示意图

8 l! N7 h3 s; V' W$ n- iCR6890H 芯片

2 Z6 C+ B0 B  CCR6890H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. e: x" z8 U( ?特性
$ c, j/ e# h1 q) @/ S
4 r: n# p& }; w& |( W较低的启动电流 (大约3μA)
1 a: x. u+ e% `1 f; x4 ]3 F
4 O; l  P+ Z1 S8 D% b内置软启动减少MOSFET应力
# @( O2 l: N! |
带有Peak_load 升频功能；
6 G" z+ n2 H' t5 z: N: ?( e
CCM+PFM控制模式

内建同步斜坡补偿，消除次谐波震荡
$ u+ V( D: ?; o! N8 K" J* d
内建频率抖动功能，降低EMI
5 _; h  ^! r' K" A0 W
内置65kHz开关频率

轻载降低工作频率

* w  R* [" W# v0 j/ `15ms倍频模式
2 a) C$ z8 u, D) S9 X/ u
可编程外置过温保护并进入latch

7 v. x( ~8 r8 b! ~, ^VDD过压保护和输出过压保护功能并进入latch
2 S1 s6 Y5 G) `2 T4 G' \
$ I' ~/ Y* I* i+ t2 E" k( V- P内置前沿消隐电路

内置输出二极管短路保护

. g2 i$ _1 F) H6 ]* B9 u内置过温保护并进入latch

过载保护

& {) N; m* q8 o$ F& ?3 pSOT23-6L封装
" ]0 n5 m$ d( b" j: Y, y2 O
/ [1 {" J1 m+ D% C5 j: f, Q  C: s& B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。
0 R9 b, n# t* o4 Z  j7 r, W4 n
0 M* k! I* T1 ?/ v8 f( X( |4 M基本应用

AC/DC适配器

: c9 F% o; ^. u0 _5 @; y  ?% X电机类适配器

充电器

! b- p5 J( f% H! }$ H存储设备电源
" k8 h0 B) F7 u; ^2 c/ h
) }# o2 a2 A0 u; d典型应用
% w- |: A% ~. m4 K9 w
6 X6 l, G  }: K

9 r$ ~1 i" H+ V" m8 Y' R0 A5 |管脚排列
- k1 |/ j1 x! w' \' z, o
3 ^* E0 m/ t& ?

管脚描述

9 }! h% v# V; H" a* L0 c7 D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。
+ h$ B; m- A3 [( S/ T" n
+ t) u+ I. T, 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。

) s- [6 r/ }9 F& j* h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。
5 O6 l: n) a7 B7 Z& [
' G( H4 U7 c# h$ o' H5 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。

% H- Q2 l5 b$ _2.1、输入特性：
1 y+ j  B, r. g8 z: i. b

2.2、输出特性(PCB END)：
9 [4 y7 l0 x: f

% z' K/ T* R3 ]- g1 Q9 A+ {2.3、整机参数：

7 q% i, v, a$ I2.4、保护功能测试：
6 s0 s0 m, S3 e" ^! y6 e  z" S+ B

/ T- r0 L5 H% E6 }, a; a6 H2.5、工作环境：

2.6、测试仪器：
$ ~9 n: w% [$ n, _

03、样机结构信息
; s0 O( e# P  ?/ e& ]
  X7 J! d5 E" Z/ `- I  X# 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。

3.1、电路原理图及BOM：
( t. x8 R. Q' i2 r. s
3.1.1、原理图：
) i. \6 n& o' J8 y  W: l& D
) `7 L1 x$ M( Z# O* _' w5 h8 f% w4 b

3.1.2、元器件清单：
) w/ G# d& i, F2 B; T, N! E/ v  J7 W

4 T9 y+ q% M2 i: g3.1.3、PCB 布局&布线：

: O9 M' N. k" b4 ]* o

PCB 顶层布局

PCB 底层布局

PCB 底层布线

3.2、变压器绕制工艺：
; `: s  D" p! t; u/ c
" A0 O* h/ k7 \3.2.1 电路示意图：
" y& Q7 w, f- Q7 a) w

: ]0 l1 t+ h: n3.2.2 、规格参数：

" V2 @1 G7 I, g8 ~! B# z8 Q1）骨架：PQ2620 磁芯（5+5PIN）,Ae＝119mm²；
2）材质：TDK PC40 或同等材质；
" f9 r( x. G% ~* q* @  N3）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）；
1 Q$ H2 l8 y5 {& e. m4 [& D  `7 b7）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）)；
7 Q+ j" v- l4 K- O" ]8）耐压测试= 3.3KV 5mA 1Min；
9）成品要求:浸凡立水；
( g* L* p2 S* v1 ^5 d
: [9 {- M* U# R/ B/ ^. M9 a3.2.3、变压器参数:
1 ^( T- g/ I  X7 N5 a0 [# I

- _( H$ @! z$ ]3 y3 G4 i3.2.4、变压器结构图：
5 \* f+ m: M& ^2 A) a4 u& C. _5 \

2 k) i; t$ V2 X  y+ h2 C04、性能测评

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 B" G  w$ Z( Y, Q" S
4.1、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

7 l3 O/ m# t2 j6 S6 F. i# ]7 d表2 输出接1.5M 18AWG Cable100%负载下的输入特性
/ P0 k* g7 p  D2 b! O

表3 效率测试（1.5M 18AWG Cable）
8 ^0 i6 m: [0 d/ r9 u

表4 效率测试（PCB END）

/ l7 \7 F8 ]$ P) u: b  B% C表5 能效等级评估（1.5M 18AWG Cable）

4.2、输出特性：

4.2.1、线性调整率和负载调整率: （ 1.5M 18AWG Cable ）

( Y5 U" J  q9 V2 q% V- [2 s
& _( m2 v, f$ \8 x' }, {4.2.2、输出电压纹波：

8 F, i' c1 K8 t/ J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。
1 W& U( |2 u" \. j
" h, Q( P) c: o8 X( k( j

7 S9 `0 F; o3 I% |' y" V

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

2 ~' H) G  ~' {

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

+ x! p$ E' X1 ?6 A

R&N @ AC264V/50Hz,No Load

9 [5 h1 B7 z6 n

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

4.3、保护功能：

4 ^1 |2 j! @  M" i& H4 ]' f以下涉及过流保护、短路保护的测试。

2 C( D5 r$ t# Z  ?' _  j4.3.1、过流保护：
9 c1 ]- ^* y8 e, y  Y1 G1 y

4.3.2、短路保护：
1 D1 d4 d, C) }
, K3 s; B; ~" \+ ~8 F, ?功率计电流量程2.0A,开启平均值模式测量。
% c  }$ O% {2 q  j. B

4.3.3、Peak_load 功能测试：
) t: }$ r- N; [2 o$ l) P& ^
* G& f& A& b7 v! E; i! y* }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

# W( T; P0 G6 n; n

AC115V Peak_load 功能升频151.52KHZ

AC230V 发波周期11.2mS，Vo 最低18.2V

5 z5 K4 M9 L. Q5 m7 ]

AC230V Peak_load 功能升频151.52KHZ

* H: G* I% q) y' h: {. @: ^( F# G% O4.4、动态测试：
! v! r7 g7 f$ ^2 R  t
9 b& M' X) h$ C0 t( E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)

) w; l- |- T, M3 e

AC90V_5ms

AC90V_10ms

AC264V_5ms

AC264V_10ms

4.5、系统延时时间测试：

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

# e2 K! H; s) x  P

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

% `* ~! s& M% l$ Z+ F8 R# i

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

4.6、其它重要波形测试：

AC90/60Hz，100% Load CS 波形

& \7 E# E' K6 ?2 j% z% X

AC230/50Hz，100% Load Gate 波形

% B. M5 ?$ n" P1 S; _. h) b3 F

AC264/50Hz，100% Load 输出肖特基波形

; E) Y9 g9 {) w2 `5 f5 i5 f

AC264/50Hz，100% Load MOS-D 端波形

05、温升测试

5 a, f7 W; D) }测试条件：带外壳在40℃环温下长时间带载3A 老化。
3 w  _8 j4 V0 Z, {* I: a
+ o9 H! y5 y, C4 p! f4 d( t

: m/ S; ?5 q& b' |. N5 o06、EMI 评估测试

测试条件：

2 p/ q2 }1 @1 L5 B( j+ ~9 k输入：AC115V/230V；水泥电阻阻值6.67Ω，带线1.5M 18AWG 测试；
* j, j* _$ b1 W, _% I* E/ v* g限值标准参考：EN55013、EN55022B。（测试结果仅供参考）
+ F( L1 M8 q' `" W

AC115V 传导L 相

AC115V 传导N 相

AC230V 传导L 相

9 C; u* y$ s$ {. F6 T

AC230V 传导N 相

AC115V 辐射

AC230V 辐射