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

7 E$ S+ T6 h- W5 a
% g  ^3 F; V0 D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。
) v% `4 B& o0 P
  N8 [- _. s' p& U' a01、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。
4 v. |8 ?' z6 O" Y# P, T/ r" X% M2 @

CR6890H_20V3A 工程样机示意图

CR6890H 芯片
$ J% |0 ^# K& x
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

/ j; I) G) Y2 [! n8 |5 e较低的启动电流 (大约3μA)
! K  C+ F; }. i$ _; C7 ]4 n8 u
内置软启动减少MOSFET应力

7 B; B! u6 V6 m* q4 S带有Peak_load 升频功能；
+ d* o0 j  h. P* T. p( c5 M
) R5 v. B- r$ z+ N  jCCM+PFM控制模式

) }! [0 R9 b1 a! f; A/ T: K& ]/ Q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

内置65kHz开关频率

9 m& ?' h* b& n/ J. b轻载降低工作频率

15ms倍频模式
7 [  `* l6 I/ i/ H# H/ T
3 N9 ?; F' m% e可编程外置过温保护并进入latch
) A0 }! O, g- m& t
( I4 p; ]' w4 Z/ DVDD过压保护和输出过压保护功能并进入latch

1 U; n) J! X$ G1 x% |( _内置前沿消隐电路

" K7 r2 V2 E) v& G7 o0 v内置输出二极管短路保护
6 e- w- g+ ]6 l( W; w
内置过温保护并进入latch
, q/ a/ r" m0 x9 p% G% w+ j
3 Y7 N' |  f* z3 ]' f过载保护
0 m) H- Y- P9 K# j9 c* T" w
SOT23-6L封装
+ T  M1 o2 a% m* u, `/ a
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。
6 Y( h3 ?" g9 ^8 ~+ D4 O
基本应用
, J4 M- [% B( [  E" b# |7 P, ]" h
+ `1 z# t7 \7 _/ t* EAC/DC适配器
) [- z& p9 G8 p5 B
- I. g( P5 w. @+ k2 O9 W/ ?! m电机类适配器
7 ?+ L  j# C0 o  {( J" i# j7 _
' [6 p( Q0 D; N3 h充电器
! ?8 a; h& N) E7 W! i$ j" F. L5 G
存储设备电源

# u6 Q- s8 G' i1 R/ F1 K: K% V典型应用
" f/ @, I6 R' n  [* y- p

管脚排列
+ F2 b9 e' h4 h- L7 T2 B

管脚描述
4 j4 ~. g$ ?2 `
- C$ k7 H* X2 v& A5 r$ ~. v

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。

$ j9 _( U! U) M/ i" V5 d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。
6 u* `' N  [, n1 R% I
* z1 Z& O. c; H, v. I$ M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。
' H: q. }) d) |7 _
; ]* U5 k0 D& T# s! [# H02、样机特性
2 B* K8 g- |% w8 \
. H& h& S" f2 J. ?# p8 q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。

) I3 x* J0 X* Q% D2.1、输入特性：

/ w9 x1 l# R5 z: ]2 j* n/ ^; G2.2、输出特性(PCB END)：

2.3、整机参数：

& y4 V5 ~8 a* y. Z# b2.4、保护功能测试：

2.5、工作环境：
) l$ ?) \7 x5 |+ G

, t7 B' `' [8 K! ~. w8 W+ t% j
2.6、测试仪器：

03、样机结构信息

, C: X  {: ~. u0 q5 U  c8 \; R$ g7 h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：
( r& G6 |, s/ v. G1 ]1 _
3.1.1、原理图：
" h7 y" a5 L4 O" F  z

3.1.2、元器件清单：
: @# W/ F2 z9 r* I3 `8 r7 W. X
5 M0 H8 ?' h  r: d% V# x8 t

3.1.3、PCB 布局&布线：
* z- c- I, ]* E- ]
8 C7 }0 z( _: K# p$ `0 U( m/ Q7 s9 ?3 l

PCB 顶层布局

PCB 底层布局

: S* g6 U% D8 {" m2 Q

PCB 底层布线

3.2、变压器绕制工艺：
9 t/ A6 E0 L; K: Q; Q9 S
3.2.1 电路示意图：
1 \! q6 I, b1 Z

3.2.2 、规格参数：

" ]3 V) F( o7 s+ E0 e  y1）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 N* X) W0 q' D# v' {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；
2 {9 q1 X0 R+ C( [- \; l/ {4 c5）绝缘胶带:3M900 或同等材质；
2 X) f2 V  D" {% v- U# }6）初级绕组感量Lp：0.6mH±5%（测试条件：0.3V，10kHz）；
$ `3 S, ]3 B' I# M7）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；

1 h' c/ k7 t3 Y! G3.2.3、变压器参数:
7 k! I* b' l7 q
) e  L* B2 p/ C$ E' N

$ f6 X; e4 i4 i$ ~3.2.4、变压器结构图：
! z: x& f) i# m  k$ _# C( {$ Z

04、性能测评

/ n8 y' v8 x# f* y1 A/ w# z& U% z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。
+ O) E5 f1 u/ b& P* o
$ O% f5 r5 }1 J; [; n# l表1 待机功耗

7 n+ f* K# [% m2 a% y- w% T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）
& H  N! `- U$ m8 b7 T9 a3 k

- J$ w' B" w# c' g9 [" s3 [/ i, ]. M表4 效率测试（PCB END）
2 o: p* h: s% }* O0 C3 ]. g6 j9 U5 q

表5 能效等级评估（1.5M 18AWG Cable）
% M8 @& v! o' h2 V; p

4.2、输出特性：

4.2.1、线性调整率和负载调整率: （ 1.5M 18AWG Cable ）
" z! r5 u% h% {% y, e! R

1 \% ^0 T: b( Z  Z) V' k* W4.2.2、输出电压纹波：
& a- s8 M: j4 j4 Z
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。

2 H6 k+ ]  x  u' P& }- [* q

" }" [7 V1 ^# U$ j! k

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

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

8 F4 V' d7 ]( {5 N* n

R&N @ AC264V/50Hz,No Load

2 l5 U: M4 {' m

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

2 H" t# s; D  Z8 s4.3、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：
6 k  J" n; j: O; k7 a; k/ k. }
: [- M- C+ K  r: E& Y! J

+ l& q( z$ D8 K* u4 a* b- ^4.3.2、短路保护：

2 w5 L) Q7 F. T8 `6 h功率计电流量程2.0A,开启平均值模式测量。

* \7 K# w# l4 H; H

4.3.3、Peak_load 功能测试：

. d" g, ^* @" ^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 d+ e2 x" Z& X% ?: j
3 F/ w; V, |3 p- A; ?- n

AC115V 发波周期12.6mS，Vo 最低15.6V

# ]# ?  z7 r. f" ~2 ~1 x

AC115V Peak_load 功能升频151.52KHZ

" s& n7 j* k& W+ D

AC230V 发波周期11.2mS，Vo 最低18.2V

' v' `  D7 u- q

AC230V Peak_load 功能升频151.52KHZ

4.4、动态测试：

: n( ~( ^) q' ~" ?" x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)
& k# Y+ z- r) u3 Q5 ?/ y4 g

AC90V_5ms

AC90V_10ms

/ W0 F) x( R( U! W" V9 B: g$ }

AC264V_5ms

% p* C1 B! h% g5 A8 n4 ]) j+ O8 s

AC264V_10ms

4.5、系统延时时间测试：

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

  |& \* l) S. ?( o4.6、其它重要波形测试：

AC90/60Hz，100% Load CS 波形

AC230/50Hz，100% Load Gate 波形

- k* k: U3 o) f' h1 I3 N4 G8 X" l

AC264/50Hz，100% Load 输出肖特基波形

2 v& J6 W8 ]0 D. N& E0 o

AC264/50Hz，100% Load MOS-D 端波形

$ a( P% a! F0 K9 `' |0 o05、温升测试

测试条件：带外壳在40℃环温下长时间带载3A 老化。
' N9 O, w: h, P! h0 R6 e
4 C  t4 v  K8 i1 B

06、EMI 评估测试
( ]& a1 m; f/ f, U" R7 S' `6 u
: n# Y1 Z8 L$ t3 H* n测试条件：
# W9 m- o0 j" t$ ^! o( _+ c4 H6 x
! {8 O# J! [2 Z$ i3 u输入：AC115V/230V；水泥电阻阻值6.67Ω，带线1.5M 18AWG 测试；
; f7 k  g# ]) y, \限值标准参考：EN55013、EN55022B。（测试结果仅供参考）

AC115V 传导L 相

AC115V 传导N 相

; ?4 {: u' C7 O, q( k! ?

AC230V 传导L 相

0 q9 E4 T' m' ?! Y

AC230V 传导N 相

AC115V 辐射

AC230V 辐射