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

& N# G  E, r" ]7 N1 ~$ J
5 Y% m8 S) o% v! {& c- D& `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
5 J/ l: ]6 _( w9 ^, [1 ~+ o  F& a
9 o: @4 a4 S4 ?# W9 k7 M% ~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

) R, I" ]1 @' nCR6890H 芯片

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。

特性
6 O/ ]0 U5 p& X
" C+ B( C2 V4 Y& u" M较低的启动电流 (大约3μA)
* l4 O$ w; u0 i
5 L2 c9 @& ]% s+ i; b5 e# K内置软启动减少MOSFET应力
$ p7 I5 N2 Q& v- }9 J, ?
带有Peak_load 升频功能；
) \& h6 [: w3 g5 p2 y: Z2 y* L
: ~. k' V( V2 \, s: UCCM+PFM控制模式
( s/ p- t$ V/ {% t+ `# Y) D
- [+ A, K7 l7 r6 V3 W( z( c内建同步斜坡补偿，消除次谐波震荡
2 q, f3 C1 `6 d* R6 N8 _+ X
内建频率抖动功能，降低EMI

内置65kHz开关频率
  m( i, l* A8 D7 s- k
$ O  R1 E" t. g" q. k轻载降低工作频率

15ms倍频模式

9 A% J2 a% {& `  z$ i" [: b" }4 y5 V! {. H可编程外置过温保护并进入latch

7 O/ c, E+ }9 A% }  O5 Z  k% K) Y  pVDD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

内置输出二极管短路保护
+ E0 K! f8 H' {, ^# |/ m
内置过温保护并进入latch
" p6 i; ?/ }8 N! F4 M6 t
& ?" T; M! |& S过载保护

SOT23-6L封装
8 H6 g7 L, k& z: S* o+ q* p
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。
/ A! g, E5 u6 \" @4 b0 ]
基本应用

8 B) z. t7 y7 QAC/DC适配器

电机类适配器
" c: E, o# T+ x1 q, W
  w+ Z( t2 i9 m7 P' A充电器

存储设备电源

; [5 N! T! t1 S8 h, e6 e典型应用
0 @, x3 ]2 K! j. I$ [
5 z% ]' \3 B) H+ G" s. g

管脚排列

% M& y9 X4 [2 R$ B. {2 g/ r

管脚描述
* M0 F4 X6 Z- ]

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。
! M& q% ~0 g; x9 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。

5 I3 ~% k8 L8 z8 M2 X0 P: W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。

9 U( j7 }8 m9 H+ X) g02、样机特性
) p4 n4 F8 s" O' s8 }
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。
9 u8 E" @9 y8 t. o4 k( R
2.1、输入特性：

. l- K, X, K) s, L2 q3 P# U* q
2.2、输出特性(PCB END)：
- `5 W, E4 c: E

2.3、整机参数：

2.4、保护功能测试：
) p' P5 f1 x9 P" b

: B  A% D4 A; E/ u2 b, u  A+ Z8 ]2.5、工作环境：

2.6、测试仪器：
8 V! R3 d/ A  M  J. Z4 r$ I( b

03、样机结构信息
6 H; r1 L5 _1 `# S: ~) M
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：
8 T1 \$ I: X3 a
0 D: G, O$ _4 S8 g! t+ T' I5 Q3.1.1、原理图：

5 t" E. b; C$ E* `$ v- F

; v; L7 ]' Y1 E5 h( F3.1.2、元器件清单：
" \. d( B, x( `

3.1.3、PCB 布局&布线：
8 c9 n! e& m8 x; u/ d8 K
6 G) y/ R$ H% Q: o

PCB 顶层布局

8 b0 j: {- }8 H, o: X5 r& r

PCB 底层布局

PCB 底层布线

3.2、变压器绕制工艺：
! N5 h' {/ w) }$ V  H6 l2 i$ `. }
! V9 y" R, F0 F* t- w4 t9 I7 z2 s1 w3.2.1 电路示意图：
0 l( s+ G' ^) x, ?

: [$ @+ S0 a& J6 C7 X; x; ^3.2.2 、规格参数：
: V" f0 k" N3 {: p1 p/ K7 n
8 W0 S; P- Z6 p2 Z  K+ I: Z1）骨架：PQ2620 磁芯（5+5PIN）,Ae＝119mm²；
$ B4 H2 n4 L. _- g3 v2）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；
/ @& v4 r# z' N$ V  b8 J4）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 v2 c4 b3 a5）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）；
' }/ E' p0 L3 n& Y9 ?4 ?( D. F  C& [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）)；
, q( N5 ^3 _  I: `. z& M5 A8）耐压测试= 3.3KV 5mA 1Min；
9）成品要求:浸凡立水；

3.2.3、变压器参数:

3.2.4、变压器结构图：
4 {6 r3 A& l2 y+ c. l0 a

; @- R: @& Z$ `  y* C! ]04、性能测评
& k; @: F: s7 a+ w4 {; x. A
. N; X9 U" F' B; H. G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。
& Y; m0 {$ t; s* s
: m  p4 N1 }" R2 M) e4.1、输入特性：

. v$ X/ A1 \4 M9 ]/ P/ M$ 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。
& @; |, R, D' X$ n  a
表1 待机功耗
& V/ C$ `' ?0 j( A+ _& q

表2 输出接1.5M 18AWG Cable100%负载下的输入特性

4 n2 t9 G! y5 i: h3 `. r) H表3 效率测试（1.5M 18AWG Cable）
, c5 |  R7 h; t

表4 效率测试（PCB END）

表5 能效等级评估（1.5M 18AWG Cable）

# W5 c4 w8 Y! {5 }% z, h% o+ U7 |4.2、输出特性：

4.2.1、线性调整率和负载调整率: （ 1.5M 18AWG Cable ）
9 P4 d$ X% y) z. b4 {/ J

- \" y) n# N: z2 K$ c
4.2.2、输出电压纹波：
! r" l8 v" J6 i; j
6 @% ^, E0 u* t2 c1 c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。
" A0 k: I1 B2 B

$ d5 c$ R  k2 b3 U

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

& U- N) \: }& O8 ~' o" v+ U' m

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

R&N @ AC264V/50Hz,No Load

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

" d7 k$ X+ a. |4.3、保护功能：
$ g" j- {( x" \4 m; l7 C6 C
# o7 f1 z, y  X- J/ E以下涉及过流保护、短路保护的测试。
3 H; T0 P1 O3 ~% T' o  Z9 e$ f
4.3.1、过流保护：

3 K% c+ u# p4 r/ A1 H7 F4.3.2、短路保护：
! O+ N+ ?" k  m# k' \$ {4 m
功率计电流量程2.0A,开启平均值模式测量。
2 f) `- `7 @: Z/ y) s; T
& U% k4 O  c; t! L" J, a

* ~* h  d8 ~& ^( k. S) v4.3.3、Peak_load 功能测试：
! _  G0 h! A  Q% c, @
  a7 S' F4 E* L# r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

* C1 k" Y1 k: }/ O

AC115V Peak_load 功能升频151.52KHZ

. Z$ T/ E+ w4 o% m9 f5 S3 e

AC230V 发波周期11.2mS，Vo 最低18.2V

AC230V Peak_load 功能升频151.52KHZ

/ z+ j" D1 X+ o, i6 j0 N4.4、动态测试：
& U" R5 ]- {) X: J& r% N2 I
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

/ X5 E0 i4 H, ]- h+ B, b

AC264V_5ms

6 c, E8 F3 M; x( x) _

AC264V_10ms

; Q. y* z6 T4 K4.5、系统延时时间测试：

0 i3 i) _9 B% t8 T6 E3 `! x2 e( n) t

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

# c8 b7 Q: L6 j

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

4.6、其它重要波形测试：
) z5 p& w$ g, e

AC90/60Hz，100% Load CS 波形

AC230/50Hz，100% Load Gate 波形

9 U1 A4 l% E! F; F

AC264/50Hz，100% Load 输出肖特基波形

) A5 X0 Y2 Y9 t) M/ {% s1 k9 R

AC264/50Hz，100% Load MOS-D 端波形

05、温升测试

. J% `8 F5 Q4 @( X6 \5 _4 m' s$ r测试条件：带外壳在40℃环温下长时间带载3A 老化。
" ^* g+ f; A/ C+ r

* H1 |: L% z' v7 I. b  f6 i$ s$ U06、EMI 评估测试

测试条件：
0 i" e8 X  {3 Q7 t
输入：AC115V/230V；水泥电阻阻值6.67Ω，带线1.5M 18AWG 测试；
, [0 u, |# e: X+ _3 c限值标准参考：EN55013、EN55022B。（测试结果仅供参考）
% N0 W% w# |3 P7 D/ v$ J
+ T) X1 Q2 ]# J

AC115V 传导L 相

6 h' W5 N. E; c, m

AC115V 传导N 相

2 j* H6 j% h* N6 B1 V. R( I( U2 _

AC230V 传导L 相

* z+ [, U8 ^$ Z! `# ~

AC230V 传导N 相

AC115V 辐射

AC230V 辐射