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

! ?# T) g7 y" ~9 f: \$ P
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。
/ @0 @+ ^* T* Q7 a. q0 D, U! _2 @
4 a( ]: v2 g& }( Z  y) Y; }01、样机介绍

1 d' s+ m$ y4 Y6 D8 O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

7 N7 ~. F/ A7 jCR6890H 芯片
, ?! T( B7 m# o
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)
* R; Z) A$ `1 }3 i, @2 l; q1 d
内置软启动减少MOSFET应力
, ^$ o4 l5 D' j; d4 o# v1 k; W
带有Peak_load 升频功能；

CCM+PFM控制模式

内建同步斜坡补偿，消除次谐波震荡

内建频率抖动功能，降低EMI

2 {6 q2 f3 s" T$ i( k8 ]内置65kHz开关频率

轻载降低工作频率

( i: N& {1 e! D! E' T15ms倍频模式
3 z, g8 _4 e+ `. ]. u9 g
/ D& x) W+ E# y4 Y* P5 x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

内置前沿消隐电路
" H5 F- P7 x2 @: q
0 ?/ u# \& h/ Z内置输出二极管短路保护
7 L" |4 V" {" Q! Z/ `" {
# E4 G2 ^& x0 U3 v1 N3 y4 q2 Q2 T$ o  `内置过温保护并进入latch
" E, O* |* N6 R3 w3 z# v8 P
& W: B! ^5 Z! [/ N2 ~) i过载保护
6 G9 J; [" |3 B% Q! F/ J
* L. |* u2 J& F4 d+ K1 QSOT23-6L封装

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。
5 j5 N- L2 z/ b6 L- `# k* V
# b* v, ?/ @% T1 d# w基本应用
2 ]1 I0 \( H* z; R' b1 ]3 v; I
& d' n' w  \6 U6 J$ lAC/DC适配器

2 f& t" B' @; D$ t; ^5 w; k电机类适配器

充电器
& y. ?1 g4 p4 [9 ~" z
存储设备电源
4 k: e2 P6 z, l) N' y6 [4 @
典型应用

8 I5 j$ ^2 s; ], ?1 h管脚排列
9 i8 S: [  F3 L% `5 M% }

管脚描述

9 ?: @2 e8 w. n7 M

0 g; u/ V& Y* @5 C, r) S) M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。

7 U7 s1 r+ [9 Q% l4 t+ T. k9 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。

$ ~/ g) \3 {, O/ d4 J3 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。

2 N7 [; g1 i# ]! f# b" i02、样机特性

7 o- v) p5 E, \: |( r3 |1 B5 t& ^6 T# d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。
$ y7 u0 E2 d# \8 U$ z* a9 @% V
2.1、输入特性：

: Q8 Z0 l/ c  Y- v6 J2.2、输出特性(PCB END)：

+ ~: x) J, i; i$ m; C
2.3、整机参数：

+ l2 p8 w* `/ G* q2.4、保护功能测试：
/ u) L7 {5 O% F

- U, l# X8 U5 @7 R. Y2.5、工作环境：

2.6、测试仪器：
5 c- a, I$ {9 N( R' ]" s9 T5 w; l

03、样机结构信息

# A. E4 x% r+ s7 V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：
( G6 \+ m0 {' Y+ m7 g( \  d
3 I" `  |* M2 i7 N0 ?: n3.1.1、原理图：

' a  r3 z% X7 H

3.1.2、元器件清单：

9 [! l! [2 X) t, B* X, J5 G2 G

1 {/ i- {% M- B9 M) t' T7 W/ _( V1 `3.1.3、PCB 布局&布线：
+ T0 O& J8 N+ O1 o& H' X" ^3 ~  y

PCB 顶层布局

3 L$ y1 i$ R; f# [# c. h# q2 c  r

PCB 底层布局

PCB 底层布线

3.2、变压器绕制工艺：
' L$ L. |3 V3 i  D( X
3.2.1 电路示意图：

5 u4 J' f) ^3 j% m$ m3.2.2 、规格参数：
# c5 t( i( k% P! {) B6 z
1）骨架：PQ2620 磁芯（5+5PIN）,Ae＝119mm²；
7 z7 T* o% Z; F  p  l$ m7 M2）材质：TDK PC40 或同等材质；
, c1 J* i$ y- p; N3）初级、反馈: 2UEW 漆包线；次级: 三层绝缘线；
/ e7 ]- X: U4 o  C& a8 @# u; u7 S4）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；
! _# i8 m' a8 w) k3 Q4 D2 g$ {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）)；
/ H- v* e" \. j( ?8）耐压测试= 3.3KV 5mA 1Min；
9）成品要求:浸凡立水；
' k( {' m* p& H
/ n% s6 W/ a# @9 w# `" R5 B% \. M3.2.3、变压器参数:
5 ]& ?9 k4 l, C4 }

% x* c7 i2 b8 u3.2.4、变压器结构图：
1 N* r( D. m7 ]" Y8 s7 K: {* C

04、性能测评
, J; I" Z% {+ p. ^- W6 s
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。
- |8 V! u: c" \: R6 F$ @
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。

3 ?( M4 w- C' L表1 待机功耗

$ t8 `- G5 P: k  |1 Z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）
' K/ v0 i/ i. `  c& t

表4 效率测试（PCB END）

2 Z( I) |& p; z/ U. r! t表5 能效等级评估（1.5M 18AWG Cable）
$ Q) H; p7 r6 t" `+ A0 m3 F& \

1 \! G: n/ b- F: q4.2、输出特性：

4.2.1、线性调整率和负载调整率: （ 1.5M 18AWG Cable ）
( T' L! u, V, r0 k  w

) I) j$ P  g7 K
/ D/ r6 A4 D& Q- E' x! U, ~; u4.2.2、输出电压纹波：
$ e; r9 h# E2 J+ a4 d3 p3 u
1 f0 w3 G& |2 s9 H% ^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。

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

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

& Q( G+ ^- u& y" M

R&N @ AC264V/50Hz,No Load

6 d/ t2 n0 o: [# I. e- N

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

4.3、保护功能：

6 i7 Q5 i# K9 ?: A5 S9 H( k以下涉及过流保护、短路保护的测试。

4.3.1、过流保护：

4 I9 ]: D5 a, t' }  Y8 H8 U+ \

$ C2 b& x5 {  X' q+ U) `4.3.2、短路保护：

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：

2 q+ f. @; u) K' A  t0 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。
* K9 U# _/ X; N2 E  L7 l: J( ^- B9 Y/ y1 O

AC115V 发波周期12.6mS，Vo 最低15.6V

5 s) D0 v# U5 i  R

AC115V Peak_load 功能升频151.52KHZ

2 Y+ Y$ t7 ], Z- f

AC230V 发波周期11.2mS，Vo 最低18.2V

AC230V Peak_load 功能升频151.52KHZ

: ^: q. V& [' ]7 z$ p) [0 K$ Y( N4.4、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)
7 a: d2 P. y9 F9 p

AC90V_5ms

AC90V_10ms

- u  Z& R+ _/ r" Z9 m

AC264V_5ms

AC264V_10ms

0 F* \, u3 _* D0 Z8 Z5 f  t4.5、系统延时时间测试：

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

' M0 b# m9 v$ b) G) H

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

$ X+ O* Q3 {) X8 P& R  p

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

4.6、其它重要波形测试：

AC90/60Hz，100% Load CS 波形

! e. j5 c5 D7 s( R7 L6 f/ t1 V" U# G

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

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。
7 N; _8 h* }/ \
9 V4 l7 E0 Y4 B6 Z1 I

06、EMI 评估测试

测试条件：
. s4 {4 r- c1 f9 Y$ g5 i% p
输入：AC115V/230V；水泥电阻阻值6.67Ω，带线1.5M 18AWG 测试；
" J5 J; E3 H0 U$ v! f& ~限值标准参考：EN55013、EN55022B。（测试结果仅供参考）
1 O3 F4 N$ t3 ^, ^8 S
5 g% V- r7 _9 Z  Y' I% b0 I$ }1 p2 P

AC115V 传导L 相

AC115V 传导N 相

0 O6 ]/ b! A' h# q3 D

AC230V 传导L 相

AC230V 传导N 相

* t$ e! R8 d- ]# [. S) B2 z  e" h

AC115V 辐射

, @) M0 D, l2 G; i" x9 O; y

AC230V 辐射