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。
# t# H9 C2 j5 K$ n! G* d+ d# a0 I
01、样机介绍

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

CR6890H 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
  n' n7 H* d$ H2 c1 [7 _% o
6 r7 ^6 e7 p) Z  R; @0 A较低的启动电流 (大约3μA)
1 v% p7 I; _, s. a& {
内置软启动减少MOSFET应力
% y# a+ F! _9 Q/ `2 g+ ~- I
( a3 ], v- z& |/ C. b带有Peak_load 升频功能；
: {- r; o* X* D: J
CCM+PFM控制模式
* Y" H/ y7 \' A' ~- e. X9 O( }
6 ?$ }# `& B$ s* H5 L, q! }内建同步斜坡补偿，消除次谐波震荡
7 U7 W+ @1 a  r7 |! R
3 p& Z0 `. M" J, d内建频率抖动功能，降低EMI
) Q" T* Z6 B$ ]
+ i1 L& P) L7 g# r5 q内置65kHz开关频率
5 ?# S, B5 y" B
) q3 r0 J: I" C: X2 k+ G9 x1 b轻载降低工作频率

15ms倍频模式

6 {$ L5 o& q* \% |可编程外置过温保护并进入latch

, }! l1 y; e# a' w: R( W/ ~. L5 xVDD过压保护和输出过压保护功能并进入latch
' j) F% b% g1 Q3 u
内置前沿消隐电路

内置输出二极管短路保护
9 z$ Z4 q- _* y
; F$ g. n) Z& x# K. a内置过温保护并进入latch
! c" o" C9 n) D' E$ v5 x
! p5 `: G  ~# i( y  O过载保护

, ]3 E1 z9 a% s7 dSOT23-6L封装
1 E& I0 b5 G' W4 r0 ^! e2 X
2 I/ q" b0 z8 Z: p  T4 q: 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。
! y$ \) C: g: x/ ~
基本应用
( _5 T" E3 W+ y9 u$ ?
AC/DC适配器
/ P4 z: @6 f( e1 b
电机类适配器
. u  @. ?2 [4 y# t
充电器
; k0 _* I8 C$ S9 l0 b
6 J# ?. ]" x1 X. r% L0 d1 _存储设备电源
. ~5 F1 J- R" b: i5 V" t+ f
典型应用
+ O" G( G/ }  ]3 u" }3 O, X
# E6 A  C1 X7 ~

管脚排列
% `* o/ ?0 T) ]: L& T) @4 u
  f2 `- R4 d. x% w& q' I. ~1 N

管脚描述
5 j+ S; C8 Y+ [- K. v
, A1 c3 h& o2 q: J& ?6 l

! Q  q) b# ]' M+ \' U( Y0 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。
8 [/ X7 g- [& V7 C5 N8 l
2 X: P6 O- F# k: M  J. A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。
4 J3 E9 o6 ]' t/ H9 r
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。

$ z/ x4 ?9 l3 ^5 _- f02、样机特性

6 W: o0 W1 M* i  L- \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。

2.1、输入特性：

& U) s6 t: ^0 z8 P2 S- k2.2、输出特性(PCB END)：

  E% L+ x1 [- |# D0 r
! P' B$ s) C6 |( C6 N2.3、整机参数：
; a  m% a& R$ |* q

1 _' f9 v: m1 k+ v- `2.4、保护功能测试：

2.5、工作环境：
9 _  T, O2 J+ p* ~8 _4 e

7 f$ x8 z5 N+ v, o% R/ O2.6、测试仪器：

03、样机结构信息
  V- y, m" w3 M) F( J
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：

1 e7 Q; k3 `0 k$ t8 p& H( U  b3.1.1、原理图：
' e. l' U  |. C* r% \5 u/ P0 _
0 j' G4 Z8 z* G- H* p4 L, I& R! J

& f* y3 y/ S* V7 v% Y3.1.2、元器件清单：

7 k8 ?3 s+ `2 s4 L9 i$ c

3.1.3、PCB 布局&布线：
! G* N( Y- l7 ?2 ~- h2 N
: M& `7 q' y3 O

PCB 顶层布局

PCB 底层布局

* W; r4 t) s' a* W( c5 {

PCB 底层布线

3.2、变压器绕制工艺：

3.2.1 电路示意图：

3.2.2 、规格参数：

1）骨架：PQ2620 磁芯（5+5PIN）,Ae＝119mm²；
2）材质：TDK PC40 或同等材质；
  `+ Y2 ^# u; w1 y3）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；
+ |" |$ K" H4 R7 s( ?# t0 W5）绝缘胶带:3M900 或同等材质；
$ q4 G+ o. K' A4 f( \# T' f- O6）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；
9）成品要求:浸凡立水；
2 k0 Q$ r* P. w8 M
" [8 o) m% |1 K2 u* D- v, \, Y" Q3.2.3、变压器参数:

' O2 a3 Z0 ~! }

3.2.4、变压器结构图：

( H! [5 K# E' a- f# G$ M" w/ N04、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。
  S  `% k1 V( U( M* J
4.1、输入特性：
4 j! a" d, S4 z: Z2 E! g& g
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
; _: e0 z: X+ Q2 t/ Q6 g

表2 输出接1.5M 18AWG Cable100%负载下的输入特性
! B+ Y$ S! J8 X% b$ d. S( f. A

表3 效率测试（1.5M 18AWG Cable）
4 T0 G3 J. s" r% {- t0 g+ R

表4 效率测试（PCB END）
& J  F5 l/ n& t  S1 t

表5 能效等级评估（1.5M 18AWG Cable）
! ]/ K! G- x: F3 k5 u+ D) @

4.2、输出特性：
) T2 a* f4 x( g& Q
4.2.1、线性调整率和负载调整率: （ 1.5M 18AWG Cable ）

/ v# J5 `( w/ t' g( f
4.2.2、输出电压纹波：

- t: f# g1 m  E5 }* z6 T1 j! l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。

0 m1 N7 l; ^! ~% W0 j

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

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

R&N @ AC264V/50Hz,No Load

8 ~1 d' Q! `: {& d! J8 ]4 H

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

; x9 S; ~  M9 @: p, x4.3、保护功能：

以下涉及过流保护、短路保护的测试。
% ^% y, e0 ~5 S& m
4.3.1、过流保护：
0 `' S- K/ _1 s8 {

4.3.2、短路保护：

功率计电流量程2.0A,开启平均值模式测量。
5 q/ E5 M3 v. a3 A# a6 T
$ ~7 G" ]/ E% b3 Z" d

4.3.3、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。

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

6 d& i. q) C+ B8 X* F

AC230V Peak_load 功能升频151.52KHZ

7 d- u( |/ b$ ~/ q) \4.4、动态测试：
8 o9 }: R$ y/ H% m
( }! ?2 M' s6 Y! P& s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)

5 Z5 h, ?4 }. q" X' X; z

AC90V_5ms

AC90V_10ms

; }2 N+ a1 `6 o( f/ ^: Z9 r

AC264V_5ms

0 S$ i$ k0 [% Q

AC264V_10ms

4.5、系统延时时间测试：
% z9 |  Z! g9 l5 B$ {# w
. a7 ]/ m, ^; O. h* @" W, r0 M. ?

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

" ?. ^, l6 ]; O( x8 s

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

3 x$ h# D. J1 d0 D

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

) c4 [) C. E+ J4 L! ~1 X4.6、其它重要波形测试：

' R! p, t4 X! A( |6 z  y

AC90/60Hz，100% Load CS 波形

AC230/50Hz，100% Load Gate 波形

. `  Z5 W7 o/ [, g" P

AC264/50Hz，100% Load 输出肖特基波形

AC264/50Hz，100% Load MOS-D 端波形

2 D, c9 q7 O; _' m1 l+ d9 L; W$ u% E05、温升测试

测试条件：带外壳在40℃环温下长时间带载3A 老化。
4 h7 X' {2 l/ _* }

( j; I- r* t  U3 E& V1 A3 E06、EMI 评估测试
' H9 q: C( D& h6 @) B; E; m
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）
/ p% ~' {  m: q& _
9 O# _) T. |1 \+ ~! [; i" Z

AC115V 传导L 相

8 w# T6 ?. J4 U7 U" e* _

AC115V 传导N 相

AC230V 传导L 相

AC230V 传导N 相

; ?" b* m1 v7 {* m: d, g: I

AC115V 辐射

2 }- m$ h- \& w6 o; V/ I% a

AC230V 辐射