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

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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。
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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。
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$ H) A% v8 E% y# p9 ~4 ^5 e, p

CR6890H_20V3A 工程样机示意图

CR6890H 芯片
/ O6 Y- l1 F# @# E$ W+ F
6 c. w$ ^& _6 J! }4 J4 m8 LCR6890H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。
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特性
+ y& `( ~) m, Q, T
6 |* h+ r- V+ C0 h较低的启动电流 (大约3μA)
, a. A3 e! i2 G8 Y1 c( B
/ i) r  {; ]8 d5 e内置软启动减少MOSFET应力
. I" ?, v  \, F  N- a
; H" x  T8 |1 ], h! l9 o2 k+ `带有Peak_load 升频功能；

CCM+PFM控制模式
4 ]8 E* ?$ E7 E" \
内建同步斜坡补偿，消除次谐波震荡
/ j1 |' s: D4 q
3 i- r. u9 F6 w1 v内建频率抖动功能，降低EMI
4 X. M+ H& G+ ^( u; f; D4 P
内置65kHz开关频率

: V% O! F: L+ u1 k9 y3 f轻载降低工作频率

, z/ K. k  k  _& P$ W2 ]15ms倍频模式
) n/ ~* b3 g2 `8 f) x" |. N
可编程外置过温保护并进入latch

- _$ ~' x/ [1 ?$ PVDD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
+ B& F6 [- R; P; V
4 s: w6 `8 i/ P3 D6 a内置过温保护并进入latch

过载保护
: ~: A1 z3 l, ^- p. a
SOT23-6L封装

/ h$ f: R/ T6 o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。
+ x) }( d! m) S6 V
基本应用

/ J4 j1 F# j$ q: U& C7 Q8 }AC/DC适配器
- q0 M' s: r3 @8 v5 y3 I
+ v' q- W: Q; F, c  R3 H  E电机类适配器
- w" k. e: D' w+ W6 e
充电器

5 J0 Q$ K* f5 i1 H存储设备电源

典型应用
$ c& r) o7 t  y

2 @6 |4 Q9 i' u  z管脚排列
: @: p/ z9 A% P- I2 {! ?
$ Y2 |! |( S# ^) O% I

管脚描述

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。

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。
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6 s$ V1 ^" `. p8 s* ~) j) K6 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。
+ Q0 H2 t  c% l; O" c( ^
) P; e- ]: }7 ?1 a0 D. X02、样机特性
  s2 v2 y$ M, c4 p3 @( X% ^
3 F' K0 r  L- O( x2 Z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：
) L4 z9 r6 E  c' a0 b$ p# f$ h" M

4 K/ d$ K5 M4 V9 {0 J4 ~
2 K% T* r* Y! n5 z% o2.2、输出特性(PCB END)：
! u+ o! j9 h; {! j2 Z1 o  V

+ V% S: u6 W) h0 e; u8 r+ ~
2.3、整机参数：

( M- W$ j% U% X) ~! r  D- S1 ?' |8 ?2 w2.4、保护功能测试：
( l2 }  x' \; W  q4 z

2.5、工作环境：
5 s$ {% }- c3 [1 m2 Z

) S# }. m1 i( n6 n8 Q2.6、测试仪器：
0 m, d7 ^9 }1 M- l, P

03、样机结构信息
, t& B' t9 V: U- }9 \5 V" 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。
7 `4 X5 u, }' [% J! W
3.1、电路原理图及BOM：
7 ?) R. }" O/ _2 ^: U+ l5 K. }: s
3.1.1、原理图：

/ ]9 N$ U* ?, O8 ]+ T  ?* c* {( e

3.1.2、元器件清单：

5 O: h, @* Y* {/ f" \

3 `6 _+ b6 @. ]5 C& X& z# o. K3.1.3、PCB 布局&布线：
3 |& O0 F1 Q" e  }# ~) I

PCB 顶层布局

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PCB 底层布局

PCB 底层布线

3.2、变压器绕制工艺：
. B2 \; J( X- Q! A$ E; n) o& `
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；
9 w$ @2 }5 Z' I- S% w$ D. K2）材质：TDK PC40 或同等材质；
/ Y7 M( e) Y* u) f3）初级、反馈: 2UEW 漆包线；次级: 三层绝缘线；
1 `! k0 {; l9 O$ c* X* N! J" @" Q4）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；
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）)；
0 e! s# U) L; B- M- W0 g8）耐压测试= 3.3KV 5mA 1Min；
9）成品要求:浸凡立水；
! ~8 z. t; {- v3 W8 M2 x
3.2.3、变压器参数:

1 [2 |  w+ G3 U. P2 A( K/ K3.2.4、变压器结构图：
8 w; N8 _  E' |+ [; W  D

7 D( o  M# _$ ~' G04、性能测评
9 s& Y/ K2 Y/ D+ n$ y& e( E
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。
( D1 e4 t9 |$ H$ Z* K6 o- M% }
6 `6 t" c9 _" `) ?7 A4.1、输入特性：
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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

' E% q/ H4 T! `- H- Z; W表2 输出接1.5M 18AWG Cable100%负载下的输入特性

2 V+ E( w6 r( s; s' @4 h表3 效率测试（1.5M 18AWG Cable）

表4 效率测试（PCB END）

表5 能效等级评估（1.5M 18AWG Cable）
- v1 {* S$ H# ^$ f

+ k$ q* S/ @  r; q# Q4.2、输出特性：

% T8 z$ s2 e* z# I6 R# b2 M' r4.2.1、线性调整率和负载调整率: （ 1.5M 18AWG Cable ）
3 |9 W/ i3 `. _; P$ S- E7 X

; \+ `1 _( j# }
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。
. }* t; G+ q+ E" B/ v# r

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

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

R&N @ AC264V/50Hz,No Load

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

5 l) _1 v" X7 T' x4 [' t4.3、保护功能：
8 D/ O: M4 c$ h) H6 c5 M( |* C
) R( e2 I* `  K/ p7 B以下涉及过流保护、短路保护的测试。

4.3.1、过流保护：

+ V9 @3 F. J  s$ R5 x) U4.3.2、短路保护：
! S0 M( F# K3 Y/ S1 a0 s- C, z
5 w8 G0 L9 K0 W9 v功率计电流量程2.0A,开启平均值模式测量。

4.3.3、Peak_load 功能测试：
3 Z( E; W! _' k" G
3 a3 v3 ?  D! p% E# h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。
' @, g" E$ M  @* `0 w3 |: J
3 p" j2 X1 Q+ m$ G7 L

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

AC230V Peak_load 功能升频151.52KHZ

9 I6 ]% a) l7 ^+ C4.4、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)
3 D; U- b7 G8 C' I) Z

AC90V_5ms

AC90V_10ms

AC264V_5ms

* r9 l: H- z/ G3 {! B+ z$ X

AC264V_10ms

4.5、系统延时时间测试：
; Y# e# ~, L0 w* i

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

9 w' i- g+ R0 W5 k

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

7 e1 w# ^  U$ ]# {  Z) K+ @+ k

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

+ K: `5 E1 M/ H8 k3 u0 z4.6、其它重要波形测试：

AC90/60Hz，100% Load CS 波形

7 S3 t. J$ c: Q) m; w5 y

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

7 E, R6 O6 V, g5 b05、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 q" s1 i9 ~3 ^# n. C- a7 Z9 n
- u& E- m5 @& W1 J2 ~1 i; D

06、EMI 评估测试
1 ?) a/ @/ m# ^$ U) X. ~; v
. w8 N8 N2 ~7 I; @3 w测试条件：

1 y) y% f& f# w% m输入：AC115V/230V；水泥电阻阻值6.67Ω，带线1.5M 18AWG 测试；
2 }( k6 l- @3 u$ _( j' p  j9 i限值标准参考：EN55013、EN55022B。（测试结果仅供参考）
0 h; ?( z  m* r! E( W) w( K8 p& N
6 C. T% [+ F: r- A" \3 i; _" N; G

AC115V 传导L 相

AC115V 传导N 相

, H4 `( K/ F) {9 M; O6 y

AC230V 传导L 相

- p# e" B4 O/ H6 ^9 N/ N/ E: ~% c; I

AC230V 传导N 相

$ t6 W: b/ g$ U- U, F( i

AC115V 辐射

2 Z: r3 `$ D" `# ]* x3 @! n3 t

AC230V 辐射