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

7 U' X( e7 b5 H) F1 o
/ h0 ~: I) \5 i5 I" N: C. m! ?- S3 e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。
; ?: v  Y! h1 o" p; @* g' e
2 K. E8 J7 z+ X: K: q01、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。
' r7 q7 g2 r5 ^
8 t/ r# y& R5 p2 @: Y

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
9 P5 X" l! b2 F7 w) D
较低的启动电流 (大约3μA)
7 v: v) u! @" z6 A6 Y# l9 I) o
% ]9 k/ R) u( }5 l7 j2 I4 I内置软启动减少MOSFET应力
, w' e' Q- P+ G5 ~( a
带有Peak_load 升频功能；

% y3 C4 y! U: a! {/ yCCM+PFM控制模式

# ?. J/ b. W: W- ~& h$ c内建同步斜坡补偿，消除次谐波震荡
3 f1 A4 n2 f' W+ r1 Z& G
. I9 j2 t- U( e  Z, l内建频率抖动功能，降低EMI

. z3 }3 z2 l( ?8 \! H" l1 f内置65kHz开关频率
& t, Z- Z# N- X' r
轻载降低工作频率

15ms倍频模式

可编程外置过温保护并进入latch
2 }, R' q6 N) T
8 m( i7 n$ |1 s1 P! \VDD过压保护和输出过压保护功能并进入latch
; I  s1 W  z% T- d; q9 U
$ H+ L: T: ^9 A4 c  b2 [" M内置前沿消隐电路
  h5 O* K+ L8 S
内置输出二极管短路保护

内置过温保护并进入latch

过载保护
$ g2 y: l( O9 V; N7 c
) J/ z: o: H7 f" SSOT23-6L封装

. W% e# ?; o9 y( ]# g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。

/ O, Q) G, I, J; Q1 B8 n$ y; I: h  ~- f基本应用
& L0 Q5 r& u. A& \0 [3 W
9 W7 x. J$ f7 B+ UAC/DC适配器
$ h8 }' S7 M7 V7 p: ~$ ]
电机类适配器

% P1 k& B) l- V/ L$ q充电器

4 a0 X9 s, c# |% _0 ?存储设备电源
9 J' K3 F; Y  ~+ w
典型应用
0 t) N0 z8 R: [0 W  q

管脚排列

: s: m5 V/ V/ _1 t! ^* Q0 s5 w

管脚描述

$ }' A% y( v8 H5 S2 e5 @" p" W3 M

: R9 K( i$ n2 K8 S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。
; F! N  _/ @. r9 E. F, z
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。

7 |4 v! |/ L& 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。
3 K) \: o7 [# g2 b5 s% v- Y# d
02、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。
# t5 Z6 B' T( r& `$ ]8 E# C
/ \* t8 f$ {$ Z$ s2.1、输入特性：
! x  B: c# I- J2 e# P1 j7 y

% L" p* X+ i8 w1 h# G: d- Y$ h5 @2.2、输出特性(PCB END)：
7 `' X9 u9 X0 D* Q4 p! W* z1 _

& F4 ]9 c7 p  {- G2.3、整机参数：

2.4、保护功能测试：
( n6 D. z( ?7 b0 Z3 s  w

2.5、工作环境：

2.6、测试仪器：

03、样机结构信息

8 B" h) v3 O2 \) \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。

+ _0 d- b( a2 l) a1 B3.1、电路原理图及BOM：
$ C6 }  i, y) Q+ X& _
3.1.1、原理图：

) L' z1 J0 r: ~

8 p# C$ k: |" w/ P# o! W* s3.1.2、元器件清单：

3.1.3、PCB 布局&布线：
  i4 g7 S& i& H" U' E
3 w0 ]# H" V+ c9 i% k

PCB 顶层布局

PCB 底层布局

3 J5 |8 u! g) _4 N4 P2 Q

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：

4 P% ^, N+ R" Z' g1 j. p  U1）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；
* f- H& B$ ?- X) l4）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；
/ [. P- G& M; W% I8 [& S/ R7 h4 x8 I& B6）初级绕组感量Lp：0.6mH±5%（测试条件：0.3V，10kHz）；
. V# t/ E# b: T: w, 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）)；
8）耐压测试= 3.3KV 5mA 1Min；
9）成品要求:浸凡立水；
  A* \" V4 s6 o% g
3.2.3、变压器参数:
' v" {1 \% q, |" I7 G
8 `' k5 M0 y  s1 H" B9 W3 p+ ^

* o# b: p6 t7 F% j) @1 j7 T3.2.4、变压器结构图：
4 n3 O* y# i9 g& s. V5 i

# |  K3 [$ c9 Z04、性能测评
8 y. b" u" m+ B' A" b6 T
6 @8 d3 S; U5 I: g2 z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。

4.1、输入特性：

  R; R$ D, x, V/ o7 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

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）
" r. L$ N+ f& a+ W+ r' T2 K5 I

表5 能效等级评估（1.5M 18AWG Cable）

4.2、输出特性：
7 t$ J, x9 P  p
4.2.1、线性调整率和负载调整率: （ 1.5M 18AWG Cable ）
9 K  |9 C2 S( q0 D0 u+ y2 ~7 Y- ]

4.2.2、输出电压纹波：
% r8 I; n3 G8 a
6 t, @- f6 R; ]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。

) ~) A# o8 c+ F9 P

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

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

R&N @ AC264V/50Hz,No Load

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

4 Y/ N) S% h, w) e8 A4.3、保护功能：

2 Y" o0 u' P2 ?1 C" m  x# y) A以下涉及过流保护、短路保护的测试。
8 N+ S7 W- k* z3 Y. P& E
) M& P) J2 d) s; w5 l; L+ O6 \4.3.1、过流保护：
5 C) @: O: `& H) j0 B  f

* p4 v0 y  m0 k7 T8 J/ j% w4.3.2、短路保护：

2 s# _; m/ C/ q" l( u' ]4 k功率计电流量程2.0A,开启平均值模式测量。

, M" s  w, e# N, U

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。
9 C( ^3 L  L- u9 i" J% m5 q

AC115V 发波周期12.6mS，Vo 最低15.6V

AC115V Peak_load 功能升频151.52KHZ

2 G' \* u" c5 {( }6 e( f) n

AC230V 发波周期11.2mS，Vo 最低18.2V

AC230V Peak_load 功能升频151.52KHZ

" j8 J) S9 h. a8 Q4.4、动态测试：
5 K5 y. o7 |6 r; c( g" s. k
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)
0 k' F# [" o( F5 r) F

AC90V_5ms

AC90V_10ms

8 D3 \" y1 D0 R: L/ t& f

AC264V_5ms

) V# e# J! S# T6 b; y

AC264V_10ms

4.5、系统延时时间测试：
* }7 _/ r9 |- Y
. h/ e  x& e' G6 P4 F! A: \

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

( R2 P5 m/ m6 O( A

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

& z6 p1 J) l5 @9 u6 ?& {* V3 P

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

4.6、其它重要波形测试：

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

: W4 _7 y3 Y9 O8 {. s$ J  ?

AC264/50Hz，100% Load MOS-D 端波形

05、温升测试

测试条件：带外壳在40℃环温下长时间带载3A 老化。

- L% a; y( L5 L/ e1 |

06、EMI 评估测试
0 \3 C( q5 B4 z0 O! a9 T! p
& l5 H) W' _. l9 `测试条件：

3 _9 [2 ]* L5 V" d1 G* o输入：AC115V/230V；水泥电阻阻值6.67Ω，带线1.5M 18AWG 测试；
# X2 Q  y9 g' s  M- C6 q限值标准参考：EN55013、EN55022B。（测试结果仅供参考）
  t2 e; E3 z! r$ r9 k( F

AC115V 传导L 相

0 l. U, S( e) x, L1 |

AC115V 传导N 相

6 T$ o( e' ?4 Q9 J

AC230V 传导L 相

AC230V 传导N 相

1 g" z2 T8 B' Q# A7 D

AC115V 辐射

  [0 D; v2 b5 }2 F' v$ z, l1 y

AC230V 辐射