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。

2 ~: q; H! D, w( @6 b  r* T' l01、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。

# i3 v# w5 B/ C3 h5 _9 h

CR6890H_20V3A 工程样机示意图

CR6890H 芯片

" S9 d: Y" U) S7 _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

较低的启动电流 (大约3μA)

3 e! V, F/ [3 P内置软启动减少MOSFET应力
3 n( u/ `1 c/ @& |. |5 S" ~
6 u9 M6 g5 D% `: x- x带有Peak_load 升频功能；
: ~( V- m) b8 u. M0 r- u
) Z& w# a; @, {! l8 @CCM+PFM控制模式
9 \6 n  Q8 }  l
7 @9 u! x' i, k3 U) j6 P内建同步斜坡补偿，消除次谐波震荡

* D  ~$ C, f. L4 D! R2 ?内建频率抖动功能，降低EMI
" J# q# J! o3 k1 F! g
内置65kHz开关频率
! }! M- R% i, X& M& r0 }  w
& G0 N/ |# I4 {7 _8 b轻载降低工作频率

- {5 [& h- n: T. j- x15ms倍频模式
( C; ?+ F( \0 z- K, k5 N+ n9 L$ M% p
& Y$ \5 T, ~4 e  Q7 O! M9 M; _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, O) I  d( b3 H内置前沿消隐电路
6 V. p. f) b  A/ ^$ T$ [) j$ g
内置输出二极管短路保护

; Z+ ^; b* g' M7 C. h: N, N' v0 i8 V内置过温保护并进入latch
; e4 j7 b& z6 h* Y( \, w
过载保护
: ?, K, g0 l6 g$ M- P. g
. P3 m, O$ r- A/ X2 J0 _  ~% ASOT23-6L封装
) K( \% T( X0 c% j+ i
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。
+ v( p% L1 f  {: P) E
基本应用
# C' Y! s1 E- N: D
% _# `3 F  p9 N' H9 G" b" a! t8 |& rAC/DC适配器

电机类适配器

+ c$ e3 |: A7 Q, U+ h充电器
- W- e6 J+ r3 g6 {  ]) K# r
' h' Z0 u7 P) H& k1 D2 t/ e( `存储设备电源

/ @" }1 Y1 A. A典型应用

管脚排列
. s3 f% L$ A6 t. V( W4 Y
0 N; R! @0 S* s8 A

管脚描述
3 y- Y2 k* }2 A

2 g+ f1 W' d: x9 t  }8 B+ `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。

( b) L( o4 r+ n7 [6 s" ]) T' m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。

" a7 W6 {& J. R  v" i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。
7 f2 H% L  a! a! K, d: w* ^
  I- @  q7 B4 u2 \02、样机特性

7 H  ]. {* I9 E/ ^5 x  C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。
; Q9 i* X" U' w5 C/ u
2 J6 ]+ C( N. `! f) ]0 F  Q* N2.1、输入特性：

1 U4 c- t8 ?) |2.2、输出特性(PCB END)：

8 B& N+ h' [  j7 \2 r
2.3、整机参数：

2.4、保护功能测试：

: x$ X& {# q: m( d' S( y( x2 f' ~2.5、工作环境：

) m  O' i, b. p+ B5 P! W& [3 r2 |
2.6、测试仪器：
5 `2 U& \* s0 V- N) t

03、样机结构信息
. D. p% O3 G' E0 Y* `1 ?( x6 E
1 ]; |8 ?5 B& J$ l# J" @0 l+ K9 ?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。
  `) n: I, h- y3 [+ a' A- n  b
3.1、电路原理图及BOM：
2 x2 E. U0 F' R7 T5 ~3 f) j
3.1.1、原理图：
( m; p" _' x  E7 m
. _7 a* }7 ?1 i6 O" i3 r

6 E1 N4 c5 S5 X" z  ?( e( n3.1.2、元器件清单：
+ Y: T, h. n+ m8 U& a1 Q
# }: ^/ Y5 X3 k" X  v1 ~

3.1.3、PCB 布局&布线：

PCB 顶层布局

' D" ]' a( M. X) A+ T& o6 V

PCB 底层布局

1 L) p. M" z8 F9 @. ^" V

PCB 底层布线

3.2、变压器绕制工艺：

4 a7 K+ A' Y1 V! w' N. x8 k3.2.1 电路示意图：
6 e( ^) Y' V4 }

3.2.2 、规格参数：

$ j% J- p  ~3 b7 _. A, P2 m6 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；
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；
: K7 E/ _9 n0 a6 f- |- N  f& v5）绝缘胶带:3M900 或同等材质；
. e' X$ i. `  @% m8 T  e+ e6）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）)；
7 S1 S- N' x: `% n; U) E8）耐压测试= 3.3KV 5mA 1Min；
9）成品要求:浸凡立水；
; n: i  ?! g, E2 P7 Q5 H
; S- O! a8 R# |/ C: o) e3.2.3、变压器参数:

5 C* d- }4 \6 i3.2.4、变压器结构图：

04、性能测评
) ?7 M! q& _) r9 o5 u" d: O
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：

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。
1 p! {, Y! U7 J, H' i. K
) O; w. |4 S( z" `( R# l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）

( s5 ]& r7 F) I表4 效率测试（PCB END）

' G" @/ L) J/ Y* V& E* W表5 能效等级评估（1.5M 18AWG Cable）
$ }6 O& c$ g3 w* B% {# a

4.2、输出特性：
: {3 ?9 ^" x  Z- C
4.2.1、线性调整率和负载调整率: （ 1.5M 18AWG Cable ）

4.2.2、输出电压纹波：
1 T8 n$ m3 X0 c( s  w
4 y# U% P+ b/ \$ n/ W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。
0 B) N! |+ B# M; |$ ^. M4 v. O
# u0 q# X' ?; V0 T9 n* O  K: O

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

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

R&N @ AC264V/50Hz,No Load

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

4.3、保护功能：
& ^# H, m' y  d# `. P/ q# ^
以下涉及过流保护、短路保护的测试。
' T* R1 D7 `5 ^, p8 H3 a1 t& l0 F( L
, J& F4 y& }+ ?4.3.1、过流保护：

- \, k; X; v! w* C1 ^4 \% c

4.3.2、短路保护：
0 b  M# u! \6 U+ |
功率计电流量程2.0A,开启平均值模式测量。
( t! V6 `" _( S2 \# O8 M8 W2 d/ H
6 o+ i  [5 A- X$ y

4.3.3、Peak_load 功能测试：

: W( U, p, }5 H9 i& c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。

* C4 T6 N, `. H

AC115V 发波周期12.6mS，Vo 最低15.6V

8 `- _$ E( R; v! ^% ~9 Z' i

AC115V Peak_load 功能升频151.52KHZ

. o, d$ w5 b8 H: T

AC230V 发波周期11.2mS，Vo 最低18.2V

9 m1 j, `8 l- {; q& {

AC230V Peak_load 功能升频151.52KHZ

. z6 G% O1 y6 A- A- e8 H4.4、动态测试：

" D+ b6 t% j2 s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)
5 e) _9 F4 {; y. @: n# j+ c. D$ J- d
/ n0 d$ A% m: }$ F# g# ~

AC90V_5ms

AC90V_10ms

/ q/ u# b; _; E, E) N8 T

AC264V_5ms

7 r/ ~1 q0 t8 x: Z+ U" V7 U% t9 A

AC264V_10ms

; q) F! `* N* V, n4.5、系统延时时间测试：
. a! s* K1 J) D* ?
2 C/ N) |2 N( l1 j

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

) N' k* g/ b6 T$ b

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

; ]  p3 C3 W2 i

AC264/50Hz，100% Load 输出肖特基波形

AC264/50Hz，100% Load MOS-D 端波形

& w: u4 j0 \% r0 H2 k4 v05、温升测试

7 v, C" T8 A! j/ ?测试条件：带外壳在40℃环温下长时间带载3A 老化。

3 U; ^3 o9 D. T  D; }8 F7 G# g* w# x

1 Z* L9 {& G3 U, I8 ?$ [, i06、EMI 评估测试
8 \8 E# Z# D8 I; O  ~  u
测试条件：
7 v3 z9 ]$ k) T3 z6 j$ ?
' {+ v  e/ y, B1 }: m) ?8 E输入：AC115V/230V；水泥电阻阻值6.67Ω，带线1.5M 18AWG 测试；
9 o, h1 |5 g% \# M. g  F+ c# C8 q限值标准参考：EN55013、EN55022B。（测试结果仅供参考）
4 H' i! n) q2 ]
) M" j2 m$ A0 q

AC115V 传导L 相

AC115V 传导N 相

AC230V 传导L 相

1 O) q: m: [4 c5 Y# M5 Z) O4 |

AC230V 传导N 相

AC115V 辐射

AC230V 辐射