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

$ h" G- j) B/ L# n9 O& r# b
. P: m$ @/ z9 c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。
4 M; b" v9 P* V
01、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。

CR6890H_20V3A 工程样机示意图

CR6890H 芯片

1 j$ i% n$ u/ d* O& d: m0 [9 eCR6890H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。

3 v- t9 d" w5 }特性

7 P4 f" l4 m& V( Q. i较低的启动电流 (大约3μA)
+ w7 P4 D6 F: [* j
内置软启动减少MOSFET应力
0 ]0 w! f# T  Z
带有Peak_load 升频功能；

! Q3 J/ R- B( Q; g' sCCM+PFM控制模式

内建同步斜坡补偿，消除次谐波震荡

( v! a- E6 t; I+ q8 u内建频率抖动功能，降低EMI

. j. W0 P5 u! ~% y% w内置65kHz开关频率
$ u. t2 a9 {$ t% K1 k
轻载降低工作频率

* k( n9 o! ~/ [; I6 K* n5 B15ms倍频模式
4 t- J9 |( J& ^$ v
5 @6 \$ T% W' W. A9 d0 M( n! L可编程外置过温保护并进入latch
, w7 w/ p$ X0 l7 b9 n
3 z, M2 o- I* Y2 sVDD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

内置输出二极管短路保护
8 F9 m. d8 F4 M: {! U0 h' a; Q" M, v
% C; B  W. ~% x. f; `2 b) J内置过温保护并进入latch

过载保护

& A2 d  a9 q3 j4 MSOT23-6L封装
1 N9 k/ w) u% S' w- ~+ N$ t
" B: U7 x) I% J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。
( C2 m$ @) u5 o$ W
基本应用

" D2 q' N; w$ wAC/DC适配器
" m& Q. O0 n8 ~4 k/ h
! ^$ h- I9 M) R6 l3 g0 ]4 F电机类适配器

( ^$ C* d9 R5 J6 }. P8 M; n  U充电器

+ U3 }% G3 l1 p% y+ r- V2 N+ {" {存储设备电源
9 {2 s; _) p5 W
+ I% _( l' A4 ]$ T* U/ Q) G典型应用

) o/ r' \6 Y# D2 ~3 i7 ?管脚排列
! }7 i8 M; A4 o/ F& Z1 e) u
. `7 ~3 X. f# X" Y' M" @0 Y

管脚描述

% [3 z) E1 A  X7 o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。

1 u$ O: L+ K) p7 A7 I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。

$ X; c4 w, ~- P( n, U% X& L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。

' B  O* u  m" X- |02、样机特性
  X% ]4 B* A6 m' w2 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。
, k+ X% e: ?& I* S% E( P
2.1、输入特性：

6 r2 k4 g- Q; a& N8 q+ K
2.2、输出特性(PCB END)：
. o7 v! \- ?4 V# a1 y, b

" v" G! Q$ S0 M
2.3、整机参数：

& J. B: j0 p! {. z3 D2.4、保护功能测试：
! Y3 e5 B; n; `  K) F

0 V  ?' U; T' f0 c# ?; H$ q2.5、工作环境：

, V. Z. o% u7 `- G# B9 ~9 S2.6、测试仪器：
4 e! a4 i3 u2 A( Z8 |* b! P9 ?) P

03、样机结构信息
5 C8 m& x6 L8 R" k6 \0 p" c; 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。

0 D4 j8 _9 d" h3.1、电路原理图及BOM：
0 b/ g# s* d3 n0 W: p) g# X
3.1.1、原理图：
8 t9 _* U. P, u0 D
# \0 k! x/ E9 ~6 w

$ K5 x* q# h( u7 S  q) D: S: `2 E3.1.2、元器件清单：

; \2 Y+ I0 h1 R; j! _! s3 X& ^

3.1.3、PCB 布局&布线：
! q" s6 C" j( R4 C% P+ K

PCB 顶层布局

PCB 底层布局

4 L) j2 b, _3 W" F- b3 r4 i

PCB 底层布线

3.2、变压器绕制工艺：
$ k7 E8 o& `% W- h
3.2.1 电路示意图：

& }4 n' |5 S, h0 k) w6 u( p3.2.2 、规格参数：
6 B, ?/ i# p/ |' j5 g, [) V6 J1 C! K
3 @/ m$ o1 H' q9 N. X( X* D$ ~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；
3 r$ r: P( Y  u, m$ y4）N1 N6 N7 绕组从变压器针脚B 进线从顶部A 出线，磁芯接地；
) b, @, e/ k$ l9 w* \5）绝缘胶带:3M900 或同等材质；
9 Z6 b+ J! c3 ^3 X* h0 e- @6）初级绕组感量Lp：0.6mH±5%（测试条件：0.3V，10kHz）；
1 B8 L# V+ k& |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）)；
- S6 V+ Q0 L8 b8）耐压测试= 3.3KV 5mA 1Min；
9）成品要求:浸凡立水；

3.2.3、变压器参数:

2 w. L- @8 y7 a$ G+ C# C& n3.2.4、变压器结构图：
7 L* O6 Q( `# l/ w; |2 F% l

. ~5 K; R( Z: v6 ]! P" @* C7 c04、性能测评
8 b1 G3 {( u3 K0 W- y+ o; e- V
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。
7 e9 E5 @" j3 y. s- ^4 w" Y  ?
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。

' @  M) x: j+ y0 K3 w表1 待机功耗
! |$ H/ E) D9 O6 N6 e2 {/ x

8 H* E; m/ s& G  Q表2 输出接1.5M 18AWG Cable100%负载下的输入特性

( L: k# ]# H* t0 R' c1 X" y表3 效率测试（1.5M 18AWG Cable）

表4 效率测试（PCB END）
% |$ m$ @' b3 n6 u" B

表5 能效等级评估（1.5M 18AWG Cable）
& I3 ?+ y: {9 U

" `- x' B/ j0 I* |' v4.2、输出特性：
! h2 o9 J8 v( s: W" l, A7 o
& y3 C0 i' C/ E9 ]( Y0 D4.2.1、线性调整率和负载调整率: （ 1.5M 18AWG Cable ）

( J# j+ w# K# e' p1 M, k4.2.2、输出电压纹波：

% a0 A& A: b) f5 ]; w" S0 Z1 j& ^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。
# N) Q4 V6 N: W

2 d/ A/ Y, x4 n

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

& y4 w% l4 o- ]

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

, I3 R+ i) q. n

R&N @ AC264V/50Hz,No Load

$ b1 w0 r  T8 z0 }0 E8 L

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

3 t6 u0 h9 t$ c& [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：

2 r+ ?5 x, Q( S

4.3.2、短路保护：
6 }5 u: Q) R" g2 A0 w5 T: a
功率计电流量程2.0A,开启平均值模式测量。
6 b8 Q4 P! C- N- g  D
7 N& ?/ i7 r% [

4.3.3、Peak_load 功能测试：

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。

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

  T& t* s0 Z$ a7 i; J, E; |

AC230V Peak_load 功能升频151.52KHZ

4.4、动态测试：
; B, H0 F4 Z( \9 x
: }' u, N5 {& l* b& L7 y+ I8 |' U. |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)
5 V! J1 n& s* O% z  f$ b

AC90V_5ms

AC90V_10ms

AC264V_5ms

4 u2 j1 I% q7 ^6 a8 e) V0 F: e

AC264V_10ms

4.5、系统延时时间测试：

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

+ x+ P% H" g1 [' e+ t

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

# z. o0 u0 A% U4 G

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

* R6 F( `6 c! Q8 G$ c2 x4.6、其它重要波形测试：
' e6 j7 c+ Z3 ]8 j. z: D

AC90/60Hz，100% Load CS 波形

AC230/50Hz，100% Load Gate 波形

4 ~; P% d! Z7 c; J! M" h( z

AC264/50Hz，100% Load 输出肖特基波形

AC264/50Hz，100% Load MOS-D 端波形

1 d" N& [/ S+ n  t0 Y* C05、温升测试
  g  A1 f3 |, w* N* w; U4 c; H
测试条件：带外壳在40℃环温下长时间带载3A 老化。

06、EMI 评估测试
. y$ O/ Y/ g- s6 h/ t
测试条件：

输入：AC115V/230V；水泥电阻阻值6.67Ω，带线1.5M 18AWG 测试；
6 P: D& F, O; v: V限值标准参考：EN55013、EN55022B。（测试结果仅供参考）
; L  o$ Y5 R8 f- {  I
5 g+ R( O, v8 [& `/ W

AC115V 传导L 相

8 g/ K' E( z: D7 U) _

AC115V 传导N 相

1 `5 r7 L# g2 e* V

AC230V 传导L 相

AC230V 传导N 相

' n. U. Y) s* @

AC115V 辐射

9 f% g+ @. n. N

AC230V 辐射