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

. k. D1 Y) D- v( w" J; K; M+ h7 F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。
; S* T+ k7 I$ y. ]0 r
, g% W9 f# h9 g6 I. C$ F9 }01、样机介绍

/ q6 M! d" l2 T& X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。
- Q+ |# J2 t/ |
- A5 T* o8 H( y0 {5 D$ @

CR6890H_20V3A 工程样机示意图

CR6890H 芯片
& I/ W5 u* \& n. N/ R2 U3 |
4 r( k1 e1 T- M' }" |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。
9 n& ]6 u; Q0 E& H0 D5 p! n* ?: u
特性

较低的启动电流 (大约3μA)

) U& f; Y9 P" B7 F$ u内置软启动减少MOSFET应力
% h0 n1 L( }  K( C( F
2 p9 M+ p. g+ r  q4 @带有Peak_load 升频功能；
( X/ B' \) d  I1 ~) n  E/ W8 l* y
CCM+PFM控制模式
0 f+ Z" H9 r8 J) d6 j9 _- F/ o
内建同步斜坡补偿，消除次谐波震荡
, R0 J/ I7 g6 I# \" t. U
4 _. n  g$ H' @; u( F内建频率抖动功能，降低EMI

3 R. B9 B7 s7 M9 N( C+ a* A内置65kHz开关频率
5 P/ [# X% q3 G7 i
1 ^2 \( V. J; P5 T& e& I轻载降低工作频率
+ c+ X- [& k4 {: D. |
9 R3 p9 E& g6 ~. ?* s. k, s. X15ms倍频模式
( ?+ ~4 Y& m. c, k
; v5 K0 `% J( i5 C' G  c6 W+ H, T% R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
. [% q$ L' U& W  Q2 T! n
内置前沿消隐电路
# }+ H, p% M2 d6 F& V, Q: n6 ~
7 F2 W, t& D- P6 o! X内置输出二极管短路保护

内置过温保护并进入latch

# _, K' Z$ P0 P过载保护
' Z3 `. H! g! f  x; I# s. Q
& V2 u/ Z0 e5 s% sSOT23-6L封装
( s* m- }% X" G% q0 s1 J4 v
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 K9 n: S/ i) V8 g& `
基本应用
5 V) c8 `8 t2 e# `
7 M( h* q2 h+ U! g0 kAC/DC适配器
4 [& m7 |; g, d, c+ _
( S; g  P0 ]' v: u1 _电机类适配器

  N/ w4 d/ {/ U6 ~6 u, F; O充电器

' |3 x0 J: M' D存储设备电源
  ]$ e  \5 t3 `  e' Y0 i5 A
典型应用
3 X* W/ b: E. P2 R! M5 h+ _* Q
5 w! H* Q1 ?; S6 j, c

管脚排列
6 Y$ F( R' H" K: V5 [# p  e3 W
% E$ \1 K+ O* A0 I  F

管脚描述
/ I: N, p) ^/ q2 }6 @& \# f) |, j

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 _9 s  |+ K& u7 G- g$ K' e- E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。
" z  L/ c. {5 n6 n2 {5 T* _$ d
; |( Y: U6 H4 w, R7 N$ Q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。
4 b5 a5 a5 f6 @2 u0 H2 f
9 E- X2 n- N. H; C0 y+ ]+ Y02、样机特性

! o' e: d$ @4 J+ T1 g8 j; Q/ h0 ?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。
7 w  @, G1 [6 e1 z4 W
$ k: w4 q: V1 A/ q( ?2.1、输入特性：

( k- A& ?+ c. ]' G2.2、输出特性(PCB END)：

2.3、整机参数：
+ C( h4 Y6 n7 p! j

2.4、保护功能测试：
5 i" J& p8 q. G- x7 b. @0 Z

2.5、工作环境：
( O% f6 h0 E! ~. p. Y( @4 G/ Q7 K

) o  s, ?6 G* x6 M, ^$ H$ x
/ j; I# d; j1 h3 U/ k1 e1 K2.6、测试仪器：

03、样机结构信息

1 F+ j5 ^/ G- j0 l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：

3.1.1、原理图：

3.1.2、元器件清单：

$ `/ V% U" G) ]4 |

3.1.3、PCB 布局&布线：

PCB 顶层布局

% P% }) }( ?9 y9 H" A+ `

PCB 底层布局

PCB 底层布线

3.2、变压器绕制工艺：
4 P) s) Z; ]; Q: a, |& v, o/ [
8 k, v5 K% U7 K2 ~3.2.1 电路示意图：
! T/ q# x: R) t- s9 X1 K/ [9 ?( e6 b

3.2.2 、规格参数：

1）骨架：PQ2620 磁芯（5+5PIN）,Ae＝119mm²；
: p# h! ?" X$ f/ Z: `  c2）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；
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；
9 s8 n3 \3 t* ^' X* d5）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）)；
' p5 C7 E/ O3 Z8）耐压测试= 3.3KV 5mA 1Min；
) n( [* s1 p1 P9）成品要求:浸凡立水；
' ^! h1 [; ?6 _
3.2.3、变压器参数:
. {( A: k- q9 O9 Y8 L

3.2.4、变压器结构图：
4 Z2 B" D0 T0 c4 u2 D+ w$ V

04、性能测评

0 `! Z! R8 C  Q5 A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  ?  f8 D7 w# |# F
4.1、输入特性：
3 W% H) B" E+ ?1 O9 w
( [# P/ {! w. R3 T) L& G! z. R& Q! [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。

! D. T; z2 l2 B; C$ w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）
* f0 B6 f6 l, X

/ t% J3 W8 [3 n  r* P  z! c* M表4 效率测试（PCB END）

表5 能效等级评估（1.5M 18AWG Cable）
) L5 T$ F: U4 @" R; r, g

4.2、输出特性：

% a* N1 ~% R6 g2 V4 g4 [4.2.1、线性调整率和负载调整率: （ 1.5M 18AWG Cable ）
! `/ Q3 N3 ~! p- s: s7 H+ O5 r$ g0 L

5 U" C; W, q, \. K  k, r6 Y" w4.2.2、输出电压纹波：
' d  q  @) y: K0 U# L4 d
8 H5 E6 m% [3 v$ p" ]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。
& ~$ U3 B. ^4 s
' v! R7 v0 \( L! }" ]

$ Z, k" _# p* Y, Z

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

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

R&N @ AC264V/50Hz,No Load

9 A+ I; f$ w6 a  S' l5 L

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

4.3、保护功能：
6 c+ l, P  }$ P8 @; j9 U% E4 I$ w
以下涉及过流保护、短路保护的测试。
8 l: U" q6 @! f6 s: f7 u
# K7 H) d6 y5 g  f5 z, u; V4.3.1、过流保护：
. {8 b( M' E: Z, d4 }. N; Y% _# N

4.3.2、短路保护：
2 g5 N3 r: Q, r% w6 {  l
& Y/ X2 N3 m5 K+ {功率计电流量程2.0A,开启平均值模式测量。
5 a& C. B$ u3 A# u% k5 X

, k. ^& j0 \/ x2 T& b4.3.3、Peak_load 功能测试：

, s8 q$ S0 }/ R# @( r2 y0 K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。
2 T) c; i. a5 b% t+ y; b, U& n* x( V3 \

AC115V 发波周期12.6mS，Vo 最低15.6V

AC115V Peak_load 功能升频151.52KHZ

) `' g, n' Y0 n4 A# [0 F

AC230V 发波周期11.2mS，Vo 最低18.2V

AC230V Peak_load 功能升频151.52KHZ

4.4、动态测试：

* m! {. H3 E$ {" H! _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)

3 s2 [9 x3 [, a+ A9 w, A% e

AC90V_5ms

AC90V_10ms

: `* F$ l+ t- {& v* ]9 O3 \9 s

AC264V_5ms

AC264V_10ms

4.5、系统延时时间测试：

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

5 T0 b) l- a) q

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

$ P/ n6 K6 V) L( ]; v; x% ~% f2 |4.6、其它重要波形测试：

+ ?2 X1 _+ i4 @- w" @/ O

AC90/60Hz，100% Load CS 波形

$ G3 K; k% D4 [0 m

AC230/50Hz，100% Load Gate 波形

! r6 R6 E  r! G# x' ~

AC264/50Hz，100% Load 输出肖特基波形

" U" o) V* ?! x' e. g. t

AC264/50Hz，100% Load MOS-D 端波形

05、温升测试
; c1 p/ P4 i9 i5 x% V
测试条件：带外壳在40℃环温下长时间带载3A 老化。
; o. L& o6 w  Z! v9 f' p
0 k( Z+ |: V. I3 @

* L! t8 h/ l) j% r' \. l" _) \06、EMI 评估测试

& G) b1 m% v, G- w7 O% K( _测试条件：
. `; ]) A' \! r/ E! C2 p* u& D/ R
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）
* O6 b) R# M% k& M) w8 c
* t2 q  h4 p/ S. w# d# q( |, j! R

AC115V 传导L 相

AC115V 传导N 相

AC230V 传导L 相

AC230V 传导N 相

AC115V 辐射

AC230V 辐射