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

. e8 D2 c* {: 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。
5 \+ l: Y8 l" ~  z; N
/ A1 D% P% h4 @" ?- V7 T# |" b01、样机介绍
+ A! c' m6 I/ H8 A0 ^
( t* {% K7 X+ i# X: h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。

( K/ q& e" m& L- Y) w

CR6890H_20V3A 工程样机示意图

2 C6 Z3 }" @9 U$ nCR6890H 芯片

" z- m# e8 M( X0 _: g& |5 oCR6890H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
" X; Y" u+ `3 m  P! z
( I3 C4 s2 h  D6 E$ R' X较低的启动电流 (大约3μA)

内置软启动减少MOSFET应力
& }- ?+ V$ Z* i" t
0 N- E8 ?" A; r! t. x  q" w带有Peak_load 升频功能；
( s( P5 t3 ~, I1 B4 ^
CCM+PFM控制模式

2 f7 s: h0 l3 Y% b+ o9 J内建同步斜坡补偿，消除次谐波震荡

4 X- \3 w3 l8 n) o' F& I内建频率抖动功能，降低EMI
$ |; c/ {3 i0 Q" G+ }: T
! p2 m; @& l; p, v! Z/ m内置65kHz开关频率
* }; d% H8 ?2 Z  b! c
! Q( s  E1 U. T! x轻载降低工作频率

5 x0 \; f, f- R+ c* I15ms倍频模式
0 u# d" A7 m0 y: l! H, c! c5 L. W9 U
& C: E/ M1 J3 E% `7 x8 @可编程外置过温保护并进入latch
/ L6 N; ^' Z7 f: |$ @( d1 d4 C
" s5 y0 d; ^$ [0 T9 k8 M1 n6 IVDD过压保护和输出过压保护功能并进入latch
- j: B% {. d. G3 u, o
内置前沿消隐电路

内置输出二极管短路保护
! c& R" c) F, Z  H
内置过温保护并进入latch
% F$ ~- q+ ?# S! C! Q" Z* s1 S# H
过载保护

SOT23-6L封装

; t6 E8 ]1 Q3 L* l( E/ e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。

+ b- V. u" E$ \8 i基本应用

AC/DC适配器

2 I9 S5 T; L2 l3 a* v% n电机类适配器
% |+ N: _! I  Z% B+ F3 ^
4 T+ H9 q# a+ E5 d& [& K充电器

存储设备电源

典型应用
% |! d( h: f- J, n: y; ^) X( [
4 J$ r( Q) E+ k8 Q6 ]

% L1 s/ e! Q; i管脚排列

管脚描述
+ \/ U' q7 A  M6 \! G1 ]4 }; N
% L4 o& e; E$ n7 x

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。
/ J  u$ H) C, G2 n1 `5 F
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。
2 Q; G% l9 p) y- z3 m4 d. Z# ?& T
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。
) ^" I, j& ^7 G, a
7 o' l9 r2 d5 Y8 |* a02、样机特性
  R; Q3 J, A; h5 S% W# u
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。
6 k1 J  `; R2 j8 ^* A% q
6 d7 \9 S3 [! Q2 b/ }$ d4 l2.1、输入特性：

- m' x- B/ b  E) j( {7 _
2.2、输出特性(PCB END)：

0 _/ g. e5 Z- w* s* Q3 h+ [
# u; F2 s7 Z& t% `& ?  S2.3、整机参数：
, f+ G; b+ J0 U8 r% d  w& z

2.4、保护功能测试：
# U; k2 H* ~# a: v

1 w) S6 F* S+ ^! o5 v' E2.5、工作环境：
7 }4 H% i: }! l1 a

6 f+ `: v: d$ z, Z$ }8 o2.6、测试仪器：

03、样机结构信息
& H5 _$ t+ X+ M4 D2 g
9 ?' S& q8 ^" Q  d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。

& S8 {* s1 U" p- N# M3.1、电路原理图及BOM：
/ a* M$ W9 Y+ Z
& F- _+ _/ s8 P/ j8 j, T- K3.1.1、原理图：
( L, R/ |1 G! t7 w4 `6 A

4 O4 l, X/ z4 i7 [1 l% C3.1.2、元器件清单：

3.1.3、PCB 布局&布线：

PCB 顶层布局

PCB 底层布局

! ^1 H2 T2 v- }# {+ ?

PCB 底层布线

3.2、变压器绕制工艺：
* V7 n2 A6 w  m* Q$ r# x$ s
  j7 K- \- g  L) N; v3.2.1 电路示意图：

2 b6 T) P+ e/ \/ d  @& ~" P3.2.2 、规格参数：

1）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；
) I( [* v. N* }9 R$ }/ z4）N1 N6 N7 绕组从变压器针脚B 进线从顶部A 出线，磁芯接地；
8 w5 l+ _* T# |. M5）绝缘胶带:3M900 或同等材质；
; I1 q' i, Q0 P5 i6）初级绕组感量Lp：0.6mH±5%（测试条件：0.3V，10kHz）；
  [7 }6 Y) M4 l: M! O7）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 A3 o( h( {, F8）耐压测试= 3.3KV 5mA 1Min；
9）成品要求:浸凡立水；
6 p. b4 j8 Z0 Y- D( X
3.2.3、变压器参数:
8 z- @5 r- C, f# E

3.2.4、变压器结构图：

8 T% M& {* V& J04、性能测评
$ R$ q/ w! X( @7 q& R5 I1 b# `& r
7 l) {( h6 {: n& Q. ]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。
! \; \1 p6 f' F  T# m
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。
- x! }1 E' V0 X- m. S/ `6 J  T
( _: o3 M/ t8 B5 ^( d; H表1 待机功耗

表2 输出接1.5M 18AWG Cable100%负载下的输入特性

; _7 I5 Q. O$ z; ?3 G表3 效率测试（1.5M 18AWG Cable）
8 k5 \6 E3 J$ m

: v' M- i- p( {3 d表4 效率测试（PCB END）

表5 能效等级评估（1.5M 18AWG Cable）

4.2、输出特性：
9 e/ b7 ?' t# J8 t3 @" Y
4.2.1、线性调整率和负载调整率: （ 1.5M 18AWG Cable ）

; P5 f9 x! I# c  ]( \! \0 T9 `7 D
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。

. P6 N" r8 d7 h4 \7 u* x

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

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

2 c1 l5 }$ M( g/ g  q, t

R&N @ AC264V/50Hz,No Load

5 H' z( z: `" g% X# h4 U5 p

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

4.3、保护功能：

以下涉及过流保护、短路保护的测试。

4.3.1、过流保护：
: e' {( U0 Z& n# x5 b# e$ a

4.3.2、短路保护：

9 n' @$ H* W* Y% r( T/ N/ A9 E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：
& Z; f: [" o: @+ q' F) K6 e
) S" A9 a+ r) w- }7 T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。
+ w) Y. V! f* o3 f! ]1 g1 |5 W  h

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

) Z% I3 U8 ?# D. k6 b# ]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)

AC90V_5ms

AC90V_10ms

' g+ X5 |, H3 h. ^) d" ^

AC264V_5ms

/ Y5 h, J0 [% |" @% p

AC264V_10ms

4.5、系统延时时间测试：

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

  n  Q& c& G. }& M! z" r8 b

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

0 }9 B; g! p  z2 k

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

4.6、其它重要波形测试：

0 U$ ?8 H. Z4 Q# G! V9 Z! p

AC90/60Hz，100% Load CS 波形

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

8 s4 g; E4 u0 W% ]  l05、温升测试

% u7 y1 d6 V3 p3 X* h! M测试条件：带外壳在40℃环温下长时间带载3A 老化。
- n; O- B, E5 B7 h. {

06、EMI 评估测试
' K8 @  ?4 t4 j" b, [4 h
测试条件：

输入：AC115V/230V；水泥电阻阻值6.67Ω，带线1.5M 18AWG 测试；
1 `4 s8 J) ], p5 c: G限值标准参考：EN55013、EN55022B。（测试结果仅供参考）

7 J! T; u8 ~3 ?/ {" ]1 H- F

AC115V 传导L 相

AC115V 传导N 相

# b( q8 d) p$ ~! s3 J1 q& r

AC230V 传导L 相

AC230V 传导N 相

3 y+ i  _  M0 ^: L

AC115V 辐射

# Q7 ~, \& I3 g; u- d" W

AC230V 辐射