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

4 [9 x5 i- f6 E
3 D0 m5 C8 D- }- u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. G1 H0 @2 E- d- c! @/ t01、样机介绍
6 z, N' B( F/ X9 F2 y3 Q% q
# v+ J4 b/ T  M+ c( o$ ^3 P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
+ E7 y& k/ [% K
( _5 O; e8 p8 N. G+ i, G7 Z* A- w% FCR6890H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。
2 l; f# h! T1 u; I9 n
9 n6 d. s' U# t3 C特性

8 r- v  h/ X) t+ C, ~$ z% w  D较低的启动电流 (大约3μA)

/ B  p2 R# n4 L9 g# L3 q内置软启动减少MOSFET应力
, F' _! h% r, G3 H2 F$ H
9 g2 ?+ g- @( ]0 S带有Peak_load 升频功能；
2 ?7 }7 u7 ]* H( u/ Q# g
3 q0 k! T/ E6 V. E* |( W; _CCM+PFM控制模式

内建同步斜坡补偿，消除次谐波震荡
8 q1 j" \: D6 _8 Q8 y
. O5 a; A! ^; q/ ]  T: r' C内建频率抖动功能，降低EMI
) k0 z/ {" K' ~1 u$ R, L( u# o% k
内置65kHz开关频率

轻载降低工作频率
) ?! X) j* g  n8 S/ ?3 U
15ms倍频模式

$ \: i& C+ O  `4 u可编程外置过温保护并进入latch
6 ]5 M6 V; M* ~. n% }& ?* Y
7 w; ^& J7 Q' [1 {1 eVDD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
; E0 Q6 E% C" ^! Z' q8 l7 R
内置输出二极管短路保护
/ s- j. Z& H) r
内置过温保护并进入latch
# E; x  G: L, R0 `
; H' h9 K. K/ V- ^8 r+ o过载保护

SOT23-6L封装
. s2 u  k7 h) [* ~+ @' e# _5 c
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。

基本应用
' A2 O0 I3 O) M
% |* b! A5 @6 ]) m) N; l' XAC/DC适配器

电机类适配器

充电器

3 @/ [2 q1 y/ T% r4 Q- c+ j5 S  U存储设备电源

# {$ N5 j1 Q. |  J$ w典型应用

0 T7 l4 h# Q" O- k) a

0 E+ U5 W6 S; P& g: U$ _9 f管脚排列
  }; R7 g; O& d" H3 e/ v# O$ f

管脚描述
9 X; c$ B6 J0 E2 w
# P3 z9 A# e0 Q

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。
" a% T7 l3 [: H+ {+ U8 G. W7 J
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。
* ^; o' Y6 `/ w5 E
5 v6 s; \  q8 e0 U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。
, S4 P/ ?, Q/ t9 C: B
02、样机特性
8 l4 \' ~/ A5 ^0 M% U( s
) v1 O5 U% `3 R  q! K0 r; v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：

" m% [) I( q4 U$ g: z9 O$ o- L# a/ k
+ W4 ^9 y, O+ k1 Z% q! C* x& Y2.2、输出特性(PCB END)：
8 k4 m$ P( Q# j1 r" [

4 v5 [( ]" Z1 t& I* w) o. d# Y
$ b, P( Y; `6 c/ A9 n2.3、整机参数：
: o3 `' m" \  q4 _" p

2 V( g( S6 c' O9 m8 y) G& B2 G2.4、保护功能测试：
) Z8 E( q+ t2 y9 N8 A

2.5、工作环境：
4 p1 z: p" i1 |8 `" F6 ?# ^- Y( U

2 r* r' ]$ t1 C* W6 H+ S5 A+ U2.6、测试仪器：

03、样机结构信息

$ h. q. x6 o, U3 T6 ?# O9 c5 y9 _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。
9 l' v$ B9 j. `# y  K' m
3.1、电路原理图及BOM：

3.1.1、原理图：
- L" X5 ]: ?9 m* h
7 B, \, G8 v/ J. e  o$ Q, J

9 ]/ ^* M- @" q1 A8 }3.1.2、元器件清单：
0 x/ l* c& B, T% f% o( Q  p1 Z4 w
! k+ e. s- q2 ?1 i, i

# k) [4 C8 v- @5 u, Q4 P3.1.3、PCB 布局&布线：

6 ~/ C3 S6 j/ ~9 M

PCB 顶层布局

PCB 底层布局

- B! U4 Z4 g8 J0 X9 _

PCB 底层布线

3.2、变压器绕制工艺：
/ s3 d6 Q) N. ~0 E/ t: @2 u6 b
/ I2 n6 k: u& [4 a& C3.2.1 电路示意图：
8 p" x, b4 Q$ j

- L& C: u  ]  P+ G& K3.2.2 、规格参数：

* i1 e5 G% D- I* f* d1）骨架：PQ2620 磁芯（5+5PIN）,Ae＝119mm²；
9 }* o. G5 @$ a8 ^* i3 {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；
% ], k! |  N: X1 H3 Q' l/ @8 n4）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）；
, l- E3 \0 [: _; G# ~" S7）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）)；
( O( X- N9 p4 O) p% b9 ?7 l8）耐压测试= 3.3KV 5mA 1Min；
% S! j1 Q0 J; m8 ?0 [* \( {& j9）成品要求:浸凡立水；

7 @" X+ H' ~. u( a3.2.3、变压器参数:

5 @7 @/ c, U6 R1 w! r3 V$ A& M9 O+ E: ?

9 T" T, [8 K  w* A. T7 z3 ]3.2.4、变压器结构图：
; L1 `9 V" m* l# N& x

7 T5 e& j$ W4 o" i+ ^6 L04、性能测评
) x& ?; V+ t7 E+ X; f/ V1 g
2 Z0 \+ U  Q' I4 [; l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。

7 M" \, N; e4 L表1 待机功耗

5 k3 ~4 W% G, ^* X( [表2 输出接1.5M 18AWG Cable100%负载下的输入特性

1 h6 f4 }8 ~$ h+ T1 B& _$ a表3 效率测试（1.5M 18AWG Cable）
. u$ G  n7 _+ x& H( m1 y

6 t( Y, r8 z' C/ l表4 效率测试（PCB END）
* s" Y& }6 P9 g1 C

4 K& D5 k9 Y( l7 a$ r( v- Z* `/ H表5 能效等级评估（1.5M 18AWG Cable）
) S' W' m- z7 L& y

' ^; A% t+ w9 E! F6 H5 u4.2、输出特性：

4.2.1、线性调整率和负载调整率: （ 1.5M 18AWG Cable ）
$ I9 o. `/ @$ x' o5 ^. ?* O9 ~; w

4.2.2、输出电压纹波：

1 W" _5 `* f2 I# R$ 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。
* r7 S/ ]. K! Y* Q
& }# ^% Q8 O4 S( @2 ?2 R8 f3 g' \% E

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

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

! f3 G+ A/ z9 |' R& B, r

R&N @ AC264V/50Hz,No Load

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

4.3、保护功能：
* v$ U: {( N8 j- K" A  S
) H( J5 Y; o- ?" F以下涉及过流保护、短路保护的测试。
- s$ Z  a0 F8 W) M6 n) U* J
4.3.1、过流保护：
+ i3 F0 O$ p4 `( U. D! G
! O2 x  C7 E) W4 f5 X9 F, x

6 G' q& h8 D0 g7 ?+ u# A+ O4.3.2、短路保护：
5 d7 F; m: x. R5 _
- q" h* v- \. c$ T; k功率计电流量程2.0A,开启平均值模式测量。

! w6 u/ I- P  K* @% |

4.3.3、Peak_load 功能测试：
: c+ z! S! e. H. U% 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。

5 L* _* y9 j6 Q- ?: G2 U1 ]# x

AC115V 发波周期12.6mS，Vo 最低15.6V

5 b; X" Z1 Z$ E( O

AC115V Peak_load 功能升频151.52KHZ

8 i4 Q; C( T" p" h* X0 g1 p# e

AC230V 发波周期11.2mS，Vo 最低18.2V

; H. l' K2 J  [

AC230V Peak_load 功能升频151.52KHZ

4.4、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)
2 p8 }9 ^4 h4 \, `) U3 j4 F
# a- T: s+ g- {4 M; y; h) \

AC90V_5ms

AC90V_10ms

AC264V_5ms

AC264V_10ms

4.5、系统延时时间测试：

1 N5 l" F$ T' \. H6 W& }0 k* y/ H

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

. ~( _( w# [: y: b  |( _3 D  {* }5 v

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

, X5 a' \9 R4 ?1 S" R

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

' x/ i; Q* Q& O" z2 S, Z# D6 h) U& h4.6、其它重要波形测试：

& P, j( V3 P( ^

AC90/60Hz，100% Load CS 波形

AC230/50Hz，100% Load Gate 波形

( q  ~$ y$ U5 s* }. c, B. g! H" g

AC264/50Hz，100% Load 输出肖特基波形

' c6 Z7 \& \) W5 P/ p& s

AC264/50Hz，100% Load MOS-D 端波形

  j$ i4 ^- ?( n/ x$ U. n# {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。
' I5 H8 P1 c* H, C
* A' B% U1 A' `- [: v( y' |4 }& R

. x# Q5 ^  D2 P" v6 M06、EMI 评估测试
+ X) W* o/ Y( F$ F: _% I
测试条件：
! s" A4 |" `& E) B
. B* ?9 j+ C) g$ U输入：AC115V/230V；水泥电阻阻值6.67Ω，带线1.5M 18AWG 测试；
+ q6 v2 h* F) z! q% W限值标准参考：EN55013、EN55022B。（测试结果仅供参考）
5 A, T  F6 p  @6 g7 x5 S( f- [. u
' v# Y2 `9 R& \$ {  b& c. o

AC115V 传导L 相

AC115V 传导N 相

AC230V 传导L 相

AC230V 传导N 相

& B# u. `+ L* N6 X4 ^7 \" _

AC115V 辐射

4 y# I! B- h. T! R2 n

AC230V 辐射