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。

9 b0 O6 O' P% `4 s01、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

3 o2 X* e) E  I( \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。

% O0 G! V, ?# o% B特性

较低的启动电流 (大约3μA)
: c! `7 p' q2 o
! R7 \1 r+ `5 X& K" h; k: f+ u3 T0 N内置软启动减少MOSFET应力

5 F$ B" {% o' D1 r带有Peak_load 升频功能；
. @  V- }) P2 ~3 N( }
CCM+PFM控制模式
1 i1 I; E* D! o5 l# W
) }& Y! q, e- H, K: v; V3 V! x5 v+ u内建同步斜坡补偿，消除次谐波震荡
& X6 h  p# w, a1 L
内建频率抖动功能，降低EMI
/ F% C' U( v7 t, \- m
内置65kHz开关频率
' I# ?7 q$ V  a! e  L
3 D6 _# V* y- Q- W8 z5 ]轻载降低工作频率

15ms倍频模式

1 P9 w. J( ?8 u2 M" u9 p可编程外置过温保护并进入latch

VDD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
& o: D# y) a$ ]
内置过温保护并进入latch

过载保护

SOT23-6L封装

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。
$ l- _6 P- o. Y4 l* d" S
基本应用
3 `/ a) `9 V5 U$ d+ @- c) a
( e7 w: q  Z& \, e- Y& vAC/DC适配器
$ W  b3 L6 v5 n7 a+ v' u, N
$ c" a3 q& D9 n- P* W0 u电机类适配器
4 B1 r2 g- d% [2 L7 A
充电器
3 W; T8 D7 Q& A! u$ B
" \: ?4 S$ F5 Y' p' M% Y9 l% ]存储设备电源
& \% I5 h2 U' M$ V
# o3 T' [6 i$ p1 M; e6 o: i0 n典型应用
# a9 i+ |4 P! i  W) @
' Q6 y' w7 K0 P  t! u

! D9 q+ |6 V0 x4 _管脚排列

管脚描述
6 D. [: K" ~* v3 O2 n
8 W/ w9 }0 {1 g, p- I

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。
1 l2 A' O$ J3 L0 ~* w
9 u% s. o. t& G5 ?6 ?9 N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。

6 ^- z2 b3 _9 ~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。

0 V7 \4 i9 Q$ n) _$ |' e02、样机特性
- K1 ?- e( q. U  m
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。
& }* s5 f' u3 R! [, o+ E
% T  Q4 P: I; G- g( }2.1、输入特性：
1 }% {( h9 H6 y& z: \/ q

( D6 W! l( _0 q! ~5 l; g
2.2、输出特性(PCB END)：
, J) s1 i. r$ ?+ F: b8 U

( T0 _4 H7 e1 _/ c+ C2.3、整机参数：
+ G  Z7 r- n  Q# q$ M

2.4、保护功能测试：
: N. S1 M" `- Z6 ]1 K* `0 @

0 v& y$ E0 |$ a2.5、工作环境：

% i& q# g% Z6 t, ?/ L! j+ `$ d  f8 K3 [: T
2.6、测试仪器：

03、样机结构信息

, A  d* m# ~# {- {1 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。

4 s% v* C" W1 Y' a3.1、电路原理图及BOM：

6 X* C6 ]- R1 \9 t4 S! ?3.1.1、原理图：
( _2 v; Y  S2 D/ u- m3 X$ o* f
! a" E1 X. y# C4 s0 g7 P9 j

/ q3 c7 f3 `9 s# A1 n, P+ C3.1.2、元器件清单：
  A0 a5 u0 o6 s3 S$ z7 F
, V2 X6 E) O, O- V3 m" S

3.1.3、PCB 布局&布线：

% [  B7 d( J, e: i$ |2 m  z( w

PCB 顶层布局

PCB 底层布局

5 z! A( ?' n) H& z: @

PCB 底层布线

3.2、变压器绕制工艺：
$ w& [  Z' D. @) g) R
2 b5 p% z6 Z+ T  N$ f: C3.2.1 电路示意图：

: O/ N! W6 c. x8 B0 a  S3.2.2 、规格参数：
, l7 H+ k* ~& ?$ {+ q% L. {
6 k4 t; j( u# E$ D, J7 y7 X' O8 N1）骨架：PQ2620 磁芯（5+5PIN）,Ae＝119mm²；
$ [9 O! {" V! s. G5 C/ D2）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；
% \) n- Z% m" r: Z2 x: U4）N1 N6 N7 绕组从变压器针脚B 进线从顶部A 出线，磁芯接地；
7 Z* m0 D, e( n4 z5）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）；
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；
! S8 K) n# Y+ ^, P7 S  r0 x, S9）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：
, _# g) j' b2 t7 E' |* }

+ r9 Z! e8 k: ?: y4 M) M04、性能测评
* H+ x$ E9 O- G
* D+ M9 i4 J) Z' O" g9 M; J* i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 C5 J! g6 ~  E0 }$ r" q# C
/ i9 Q: D& v0 _, a+ [! t9 \9 r7 g4.1、输入特性：
; j0 v0 }/ Y  y
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。

, a/ L& k/ D  T. `( K( F% W+ h表1 待机功耗
# }( t. j" G2 x1 r1 Q

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）
5 J2 S2 \4 z& B6 H. Q; {3 y* h

9 j% i8 V1 B$ O1 o! ^; Y0 [3 A( p表4 效率测试（PCB END）

: ^, T) u& K( Y) i2 E& v+ P表5 能效等级评估（1.5M 18AWG Cable）

4.2、输出特性：
. T$ j2 u0 U% B9 ]" c1 v+ _; ~
0 s6 a: }, ]  d0 _. J+ B4.2.1、线性调整率和负载调整率: （ 1.5M 18AWG Cable ）
5 H+ r1 @6 \5 P. h; f

3 \: L0 u1 c/ b% x* d: H7 t# ~5 R
7 N# h8 a" K( ]4.2.2、输出电压纹波：

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。
$ ^- |- H5 f6 R. i( T3 C
: b' U0 ]" R$ F/ M

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

; h# _, d! P0 W* q. T3 k

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

R&N @ AC264V/50Hz,No Load

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

4.3、保护功能：
3 @% L& r6 W( }# d2 [
  A! y. V7 W5 F9 t( y: }以下涉及过流保护、短路保护的测试。
3 H) i1 i7 U1 ?/ r; d" \5 g1 t0 u
4.3.1、过流保护：
- A# `  C0 b  D3 n- X
. E' Z% i3 b0 [, {9 H

% c9 q; x, d% a2 ?% L4.3.2、短路保护：
! P, z1 M# C: i8 A* v
功率计电流量程2.0A,开启平均值模式测量。
! U3 H9 q% b4 B  k# \

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

# ?: V8 u5 f7 R

AC115V Peak_load 功能升频151.52KHZ

AC230V 发波周期11.2mS，Vo 最低18.2V

* e; E5 E" C/ r2 j. f" [3 q

AC230V Peak_load 功能升频151.52KHZ

/ t2 X# X( `" ?- H4.4、动态测试：

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)

% A3 _2 b9 L0 S! Y- [

AC90V_5ms

AC90V_10ms

AC264V_5ms

9 a( A9 M2 j4 w2 U' f% P; v' P0 N

AC264V_10ms

% V( x  H" ~: z. a0 l- Q4.5、系统延时时间测试：

5 ^* q3 c7 \. g5 N# V' t0 L; `% l

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

( i- T5 `6 f% D# M5 U3 ^

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

# j) M) d; Z) a+ N! z& Q: K

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

4.6、其它重要波形测试：

AC90/60Hz，100% Load CS 波形

4 A1 U0 U$ h0 p; _! ^

AC230/50Hz，100% Load Gate 波形

AC264/50Hz，100% Load 输出肖特基波形

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。
9 o- D& G. {4 J, \+ V  ^1 U
: R% e1 U. Z; H) B% L3 g, S

# H, b+ |& ?& @, o# q06、EMI 评估测试
$ Z+ U4 w1 b" Z
5 p( |# Z" l- c* J' D测试条件：
& }% y7 Q5 E  h8 p7 D. N
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）
6 g5 r- q+ R( |  t$ g6 P
  S( X0 e6 ~* ^4 J

AC115V 传导L 相

$ `" e9 T) g# n0 B1 W; w4 \

AC115V 传导N 相

; J2 j$ R7 {; {+ ?+ l1 B0 l

AC230V 传导L 相

AC230V 传导N 相

AC115V 辐射

AC230V 辐射