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

3 \. O8 W5 i7 v9 L: L& B% G+ i
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 N2 i+ K% L1 R3 H* n9 s! I% W5 p01、样机介绍

) B8 k$ ~( g' B8 i4 A8 p+ d  W3 i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。

4 y' R( R$ \7 \. |& ~. i

CR6890H_20V3A 工程样机示意图

% r- o( j+ r; J$ v3 l; U" i. q( [. {" xCR6890H 芯片
+ y. {% n: }$ i9 D4 \. n0 f3 R3 u
" Z3 \$ I) O$ v+ aCR6890H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。

: P8 m5 ]: a* s* `4 T, {特性

2 T, a& [& X! Z# }4 v较低的启动电流 (大约3μA)
. h# l9 J2 ^; @. P5 g; Q
) G) C' T7 W6 K0 w2 U) T) Y内置软启动减少MOSFET应力
& s# c; z: W0 \1 J7 k8 Y$ P5 A
7 O) S  N- N! [% Q& Z带有Peak_load 升频功能；

) E; x% T$ j% DCCM+PFM控制模式
7 {+ t! _- I( H  S5 g! B, c" X& t
内建同步斜坡补偿，消除次谐波震荡
' @' k! l% u. G% ]: u2 y) y' V
( Q" m5 C4 u: N内建频率抖动功能，降低EMI

内置65kHz开关频率

轻载降低工作频率
( o" n* E) w& Q# O( V- ?
6 q- p& K- D$ q3 k15ms倍频模式
; S/ @- ?( m4 T; ^
3 f+ R4 D) Z7 Q0 E4 H# R. T. b3 h可编程外置过温保护并进入latch
' c; e5 }5 D1 a  a7 R# K4 a
VDD过压保护和输出过压保护功能并进入latch
* |2 ~. g0 L7 v0 S/ i, L
内置前沿消隐电路
- b: j/ ]) h3 V; f( l( R8 ?" i
内置输出二极管短路保护

5 u9 ~, g6 B, m7 ~内置过温保护并进入latch

9 o9 N# A' @! n7 r$ H: X! y过载保护

SOT23-6L封装

1 Q. y9 l/ O& s+ u9 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。
& V# E, e/ L* ~1 z" t1 i' y" o
基本应用

1 R3 l+ i4 h( ?: h4 I; UAC/DC适配器

电机类适配器

充电器
6 X+ K8 `0 Y# V) O3 o" E, d2 e7 S
存储设备电源

典型应用

管脚排列

管脚描述
, A% \0 x' n) m1 C8 Y5 `  w
8 n! _- s% Z* q3 l- |

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。

* [, |( O' ?9 W5 A( x; ^" Z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。

- w5 i; d3 r2 j9 y3 s4 j02、样机特性
0 i5 F. }: J0 e! P- O0 O  A& [, o/ }
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。

% o  x" F, D( x4 b" T% Z2.1、输入特性：
3 F2 j; S( ~+ g" s% r# ^" \$ E' n

1 e, E4 z6 j" \: j) t$ ~& \
2.2、输出特性(PCB END)：

. l/ t( K; p! K  L: s) S
2.3、整机参数：

. r( ]4 n$ o0 z9 {5 |  k! k% V$ H2.4、保护功能测试：

( S$ @: B) [$ ?# [2.5、工作环境：
: k" q! W% B, S

9 _0 [' l5 j( E" ?2 o
2.6、测试仪器：

03、样机结构信息
9 C, ~3 K& ~" H7 o
+ r. ~& [7 i: b8 e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。

1 @% x7 _$ [: k- ~# Z3.1、电路原理图及BOM：

" s2 \5 S( a1 i$ v8 S( \  k% Y6 q$ `3.1.1、原理图：

0 n* Y: z" j; x' A: E& T, \

3.1.2、元器件清单：

5 M1 u4 ~$ \& j8 M) R

3.1.3、PCB 布局&布线：

# P+ x3 i; Y5 Z1 q" Z9 j! u* y6 c! }

PCB 顶层布局

PCB 底层布局

4 h9 T3 L6 J/ t+ H

PCB 底层布线

3.2、变压器绕制工艺：

3.2.1 电路示意图：

3.2.2 、规格参数：

2 Q6 ^6 |1 v6 T3 A4 t1）骨架：PQ2620 磁芯（5+5PIN）,Ae＝119mm²；
2）材质：TDK PC40 或同等材质；
- `6 Q7 N/ ?: z) J: m/ N3）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；
# K9 F1 F2 z2 V  ?( [1 a* L+ Y) Z5）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）；
- c( s4 j2 e: Y7 e  ~! i7）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；
9）成品要求:浸凡立水；

9 w; F2 V5 \, ~7 T/ m8 G3.2.3、变压器参数:
4 b( Y7 k: c) Y0 k2 p
% S* U, R$ [5 N/ y. V; [: j* X

3.2.4、变压器结构图：

04、性能测评
9 N$ O: N3 z$ a: f& M
4 B8 m2 a% o/ C# 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。
9 p* S2 X6 Y$ q3 q/ v$ D
* }) I* l! U8 H* B/ r) Z0 M0 o$ t4.1、输入特性：
5 m+ n9 p5 n7 {9 b
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。

! C% K1 C7 b! {6 P表1 待机功耗
( j! Z- |/ f$ ~; E. P; H$ w: r

表2 输出接1.5M 18AWG Cable100%负载下的输入特性

2 F$ l# R8 o% @) f表3 效率测试（1.5M 18AWG Cable）
5 u0 s' }. o/ W  k3 K' f

& }- b& T7 v& q7 L表4 效率测试（PCB END）
0 W# X( x; j; F% L% v$ ~! z9 _* \

, \. ]- e  O3 x表5 能效等级评估（1.5M 18AWG Cable）

7 f6 |( _5 \4 t3 F& r' p4.2、输出特性：
; {5 |: K+ W4 S4 N( g7 a
4.2.1、线性调整率和负载调整率: （ 1.5M 18AWG Cable ）
& f: ^) B4 e/ v! l

. X! P3 H9 p4 R! c) ]- z7 S; ~: q
4.2.2、输出电压纹波：
  z: g; P6 u% e1 o2 D' T
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。

; l' N8 J* z2 n: N

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

8 o6 F! I( x+ j1 G9 o% t

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

% i0 m! L! ~7 `: E

R&N @ AC264V/50Hz,No Load

: W5 h% @. a1 f# _7 i

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

/ _  R: }% g  l2 q' p6 D* x4.3、保护功能：
9 {! t) J5 p" v& T/ S
以下涉及过流保护、短路保护的测试。

4.3.1、过流保护：

, t* R5 i! I( x! O4.3.2、短路保护：
$ e- M3 x2 F' H& X
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：
; A( @$ n: c* d2 k' P6 S6 l
4 Z" X' z) q) v( B4 Q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。
$ R, n6 V+ {9 m
: c4 P" D- g! O& y/ y8 O/ Y

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

- P. N( J8 {8 M  R2 J$ R# h

AC230V Peak_load 功能升频151.52KHZ

0 l9 a1 \, I6 L( P4.4、动态测试：
6 j+ I, G8 l2 ^- z
/ ^' ]3 w; D- w  X* ^+ _, T; {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)

AC90V_5ms

AC90V_10ms

AC264V_5ms

! ~9 v* T/ H$ z1 X! Q* G# W

AC264V_10ms

" e, l  M. g8 Y5 \1 ]2 \+ T4.5、系统延时时间测试：
2 h& w  Y0 D: z" b5 j! o

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

- I4 ]. h0 a$ e' a

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

- j/ Y6 h3 l  A) ^

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

; S+ T* y5 S4 q& v" i4.6、其它重要波形测试：
3 S8 ]  M: [4 l' u6 m4 h5 ^! V

AC90/60Hz，100% Load CS 波形

AC230/50Hz，100% Load Gate 波形

! [! u+ Z, H/ {! [- h4 j+ ^; ]: Z1 p

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

5 J1 t. _% z+ q3 d# y测试条件：带外壳在40℃环温下长时间带载3A 老化。

2 v7 [4 T" o3 g7 w( \( {; x" u% Q06、EMI 评估测试

测试条件：

  Q; _: Q% a( i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）
1 `/ Q/ g: v% i" [$ S/ x: |- c

AC115V 传导L 相

6 E( t: I0 z: N2 [2 f, J" f

AC115V 传导N 相

AC230V 传导L 相

6 N7 c* ^% N3 k- e! y: z/ ^

AC230V 传导N 相

/ Z$ J- x/ }' W2 u4 t

AC115V 辐射

AC230V 辐射