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

2 g) f$ C" B' n
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

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

! ]) A/ b) {( R& |: UCR6890H 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。
  r! j) {3 U5 F1 S
2 g$ ~! T7 Z  I. G6 a: A; p1 O特性

. O/ @8 f8 K0 l* W' h1 a- y较低的启动电流 (大约3μA)

" p3 @4 ~) m( k; N& `内置软启动减少MOSFET应力

/ S- S  C( x. M& P带有Peak_load 升频功能；
. S2 S/ C) {* \0 M8 A! t' `9 C6 s
) X! e3 [5 \, u; ^CCM+PFM控制模式

: F/ D& Q( N0 M0 Z, ?内建同步斜坡补偿，消除次谐波震荡
& R/ k! M( Z+ f
, D! M9 Q" X& V内建频率抖动功能，降低EMI
* Z/ i; |/ r/ x9 M
  q- J. O; [& f" d内置65kHz开关频率
  e8 g7 I" ~& N
% {$ k4 }2 g- o4 V' F2 a& {' n1 P轻载降低工作频率
9 Z6 J. X' J6 d; ]  Z- r% o
& r# Q2 N6 g8 l5 C0 [* V5 [15ms倍频模式
/ r2 S2 l( ]6 f$ ]9 ]
* }9 p* Y* y9 [7 Q' D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

; o+ s' h2 D. a- s/ Y* Q" a内置前沿消隐电路

& I$ `' ~2 e2 `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

SOT23-6L封装
" q3 J. F) ?, C* n) u
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。
+ C2 T6 i, G1 I, o% v7 h
1 ]5 H9 Z( w4 m" Q$ Y; C基本应用

AC/DC适配器

: M- Z1 i6 m' D: Z  m5 M电机类适配器

$ y7 W2 A" g# q' ~( ]. r充电器

$ i0 v' p/ h3 k! W/ Z, V存储设备电源
# @3 W" c$ E, ~5 K: {
2 w) P4 x( s9 g$ ~5 G2 x" o典型应用

, o! ?3 Z$ }, ^0 v' p7 r管脚排列
# R% ]& d- e, Y
3 A# O; @' P- L8 \

管脚描述

: x' e+ T; F; f# _1 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。
2 c; O; s) [% S* r  |7 O
0 e7 N, ?" P& Q- K5 r6 ^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。

2 P3 {2 d) e7 m; H( i. U; k" X+ ^: 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。

- v6 O/ d6 n9 C! u" V. k02、样机特性

& K* L8 F6 K$ j/ u! `: i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。
% ^8 g% [! c& i# A: F& ^' P
2.1、输入特性：

8 R) C# s9 \) B9 c) i4 ]. F
2.2、输出特性(PCB END)：
% y. d: H- s8 Y4 V' d; [* _

. j! N8 N% I1 c8 M( |& J5 u! Z2.3、整机参数：

2.4、保护功能测试：

2.5、工作环境：

2 C$ S0 d  k# x! j9 Z' s' w
2.6、测试仪器：
! z! m( y: G& o9 V3 M/ I

03、样机结构信息
- a2 B4 M3 f8 I% T# ]) B! T0 C
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。
" g& \- F$ C% s* Q
3.1、电路原理图及BOM：
/ A2 s8 I6 X1 A4 J4 ]$ ]  R$ J
3.1.1、原理图：

  X6 ?$ h) F5 r+ U% [: T

3.1.2、元器件清单：
; ]6 H" M+ W) \3 I4 R
* J& x! _  m, @5 Z6 a$ U, @0 c

3.1.3、PCB 布局&布线：
( d# ^( Y) X1 _. A- z, V6 E: P

PCB 顶层布局

PCB 底层布局

PCB 底层布线

3.2、变压器绕制工艺：
/ _( P5 _  W9 b$ }5 y8 m" A
3.2.1 电路示意图：
, r1 F: d' L) i& C) }& m" U

4 F9 k- w: H) X' f4 Q3.2.2 、规格参数：
& _1 ^! }! s% V% `
" O# M8 g. J0 O, h8 `1）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；
, G- A$ N; Q: r, X/ c4 ]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；
5）绝缘胶带:3M900 或同等材质；
& x( p$ Q- `8 i+ {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；
' w7 _: {  O- \" `, K9）成品要求:浸凡立水；
6 ]: }5 a5 _2 M5 s3 y. q
3.2.3、变压器参数:

2 L# h9 ]0 L( C* i" f3 c3.2.4、变压器结构图：
+ P" X! m& u7 P% P! a

04、性能测评
) y, ^0 s4 m" g2 N" f$ n# C$ z
0 w' t2 Z1 r5 O4 I' D8 U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& R1 B$ U( C4.1、输入特性：

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。
3 Q: E- J) u5 j. y; _, t9 f3 `7 f
表1 待机功耗
" V) t7 ]1 d& V! w* [

表2 输出接1.5M 18AWG Cable100%负载下的输入特性
1 g* r" l4 d6 v/ p

表3 效率测试（1.5M 18AWG Cable）
8 c' r" J8 E7 ^3 Y2 v

: x* G: ~& g5 F- s3 }$ t表4 效率测试（PCB END）

' [) q* `# W- a8 Z$ V) ]1 |0 m表5 能效等级评估（1.5M 18AWG Cable）

4.2、输出特性：
1 j  ?: ~! s- v. T: }
2 g( K5 r5 R0 w& {7 O( M/ W! G4.2.1、线性调整率和负载调整率: （ 1.5M 18AWG Cable ）
6 f9 U! p% O$ W7 h4 y" Y8 C, y

. R# E. p. S" l3 D
4.2.2、输出电压纹波：
* N- a8 u" ^  I! ]& f! C
( t0 j/ a& K- X7 G$ `9 O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。
; S' L  x/ E' u1 @( e" Q. y- q

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

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

# i" i; t( }0 l0 F8 d6 l, a% {( O

R&N @ AC264V/50Hz,No Load

0 _% J" I7 q  E+ I9 C. h

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

! a8 @; `) m5 h' j6 E3 @3 y4.3、保护功能：
! M  \+ e9 G5 C
' ]2 C' I" i5 @! V" q# z以下涉及过流保护、短路保护的测试。

3 I0 S5 O% u5 i3 Z; r- j4.3.1、过流保护：

4.3.2、短路保护：
. P) {8 ?, U' F& P, S! r
功率计电流量程2.0A,开启平均值模式测量。
( x2 X( E; n2 P, n2 C% b# Z

' c* r! Z; P6 _" T' Y5 j4.3.3、Peak_load 功能测试：

# F; F4 s" V! W( C( X2 C  N3 E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

* [" [" c5 g4 e' }- p5 `& C: I" b

AC115V Peak_load 功能升频151.52KHZ

AC230V 发波周期11.2mS，Vo 最低18.2V

; w% L0 {/ b  h$ M; Q" e% |: ]

AC230V Peak_load 功能升频151.52KHZ

$ N% h" U* c+ ?/ X+ i8 s; F4.4、动态测试：
+ C2 d: ~- a8 i2 G/ e0 J
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)
! X: c* |1 S% D* r2 V0 g$ z

AC90V_5ms

AC90V_10ms

AC264V_5ms

AC264V_10ms

4.5、系统延时时间测试：

; V, u2 v; A' u. |) T) }

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

* a) l6 n- F" Z/ k# j2 Y- X3 t& G

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

8 w: v- ]6 K. y" r5 M

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

( W+ i; C7 {. K

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

4.6、其它重要波形测试：
0 F( ~" T- \' x4 R" Z
, |0 k2 |2 ?; s% B. w

AC90/60Hz，100% Load CS 波形

. o4 P% E/ `3 H

AC230/50Hz，100% Load Gate 波形

AC264/50Hz，100% Load 输出肖特基波形

4 {+ Y; O  p1 p8 z$ q

AC264/50Hz，100% Load MOS-D 端波形

05、温升测试

* g7 I2 k' c  i* m/ Z测试条件：带外壳在40℃环温下长时间带载3A 老化。

06、EMI 评估测试

测试条件：

& O4 `% f% q5 x+ Y7 p. w; K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）
0 X9 J  i: j8 `" V' n( P& @( _2 [1 W
+ n2 X& w" E5 O: F! z; {' g

AC115V 传导L 相

& N# v& q1 V0 ?

AC115V 传导N 相

AC230V 传导L 相

4 c) ^3 r( A6 b$ V$ n: g

AC230V 传导N 相

AC115V 辐射

AC230V 辐射