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

6 u& I) W* [. \) }4 w5 }, K
) l/ ^5 G3 j$ |2 G' \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。
, N2 _, B: \( r) Y  U' l
3 J3 d9 T: M. ~0 k+ t! \. S4 @  D01、样机介绍
8 k! F- [8 b: `( q5 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。
0 j2 }* X3 h& c% M( x0 ]8 s
% q/ T6 D6 ?9 R

CR6890H_20V3A 工程样机示意图

CR6890H 芯片
9 P7 ~( \5 U' h# h) O- @7 M
8 y* I$ C9 \& cCR6890H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。
- I3 E4 |( T0 ~5 U8 g
特性
* k( L* o1 j: m2 x/ y. X8 p; m
较低的启动电流 (大约3μA)

内置软启动减少MOSFET应力

: w. i+ z5 E# _/ D: y% K带有Peak_load 升频功能；
& v% R- g5 _5 u& R) U% M
CCM+PFM控制模式
; b/ v0 `. f8 k$ D. K5 s0 N
" \) J' w" @1 R4 {. o内建同步斜坡补偿，消除次谐波震荡

  v7 o  C9 D0 o1 |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
. j/ q$ m. F( F& h. ~. z3 ]5 h0 u. {
! B1 Y: Z6 g, R; t: K5 i15ms倍频模式
/ A8 F% T. O  A9 V
可编程外置过温保护并进入latch

7 H$ O0 [2 j& A9 i; TVDD过压保护和输出过压保护功能并进入latch
9 ~. Y# F' }! Y
9 h! p, M( l. D内置前沿消隐电路
' c! q4 g9 Y( ?% c9 a+ y  d
) p$ u5 ^' J3 O, [; @5 a2 o+ G内置输出二极管短路保护

, ~& O$ |1 e& ~内置过温保护并进入latch
! Y4 k7 y6 _: p# }5 ]$ o
过载保护

/ o+ ?  m2 K2 uSOT23-6L封装
3 L/ j: \# s2 @' X7 W* o3 Y# |
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 r* L  B& I. b, Z8 E( T
基本应用

; d# W6 T% o" E6 U, N% PAC/DC适配器
7 H1 m5 u# e: |9 c* u; T+ e  _
0 o# u, W2 s, ^$ G9 y电机类适配器
5 `" k+ C, _$ X3 C
充电器

存储设备电源

3 a% n( d" Y; A( t: q! z2 x3 c典型应用
+ y) K0 A  |$ [3 J# ]- k
" l, v+ B. i- `& n. p2 ^

8 `0 n& W' _4 O管脚排列

2 Q! ?/ _4 O0 s

管脚描述
6 v7 x# t( u7 ]% f! R
- j' i8 z1 M; V' }3 \' j$ @

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。

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。
% k4 }3 A/ C9 m0 |' P
02、样机特性

7 }+ @# K, ]* a3 a/ F0 w4 ?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。
3 f# S. Y4 L' X& m! e* ]
2.1、输入特性：

0 N. R' l+ j( B6 q3 a+ S2.2、输出特性(PCB END)：

2.3、整机参数：
# C# u+ R* c7 E- o0 R( H$ p5 H/ V

: [5 r/ J' Y9 i0 e( P9 V4 T: i/ F$ k2.4、保护功能测试：
6 v& b" A6 T5 ^% \, [: u9 x

2.5、工作环境：
  F8 h9 A8 C. q) v! v# D: W. K$ }

6 J9 t9 K- ~$ A5 Y. g& A, V2.6、测试仪器：
3 T( y/ r% S* T4 m9 f

03、样机结构信息

8 v. r' V2 ?3 @1 o, h+ W; L! o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。
) t" Y: W- n3 A2 K  }  y
  E6 _! X! r6 y5 W# v+ i9 d; q4 K3 F3.1、电路原理图及BOM：
( _' r( X! k6 A0 A
3.1.1、原理图：
3 A, w" n3 f7 \1 ~% e$ t% W

3.1.2、元器件清单：

3.1.3、PCB 布局&布线：
+ U" Z, k$ V2 n: ~

PCB 顶层布局

PCB 底层布局

PCB 底层布线

3.2、变压器绕制工艺：
% q/ N0 l( s  ?8 C1 X4 z
; ]6 h' T9 v" ?' X3.2.1 电路示意图：

3.2.2 、规格参数：
6 R, r+ m1 b7 I- I) ^. _
- e6 `% V2 P7 L- ~1 Q1）骨架：PQ2620 磁芯（5+5PIN）,Ae＝119mm²；
( |9 l8 T  K$ A( i3 g' v% h2）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；
2 a( O7 F' g6 W; W' _: U7 G4）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；
5 e0 F- O# j6 \: I5 f6）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）)；
8）耐压测试= 3.3KV 5mA 1Min；
9）成品要求:浸凡立水；
0 j. l- K- w2 O2 u, x2 x" T
3.2.3、变压器参数:
' p" K4 h% u: `2 U3 `6 I+ p) a

3.2.4、变压器结构图：

04、性能测评

% V: e2 P3 e- }1 t9 b" x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。
6 T' ~: c0 y) Q5 u5 i$ T
, i7 @0 o' o$ ]4.1、输入特性：

5 i- _& c2 {% g' j! m! b: U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。
1 [6 \" _1 w9 }% c( A' n
表1 待机功耗
4 O- z5 X" b: L6 Y* O% A

8 G6 Z0 u: k% }  G2 A" B- E表2 输出接1.5M 18AWG Cable100%负载下的输入特性
, D* l  L  B6 A2 X4 N' }5 o

( D! G, ]% C- h表3 效率测试（1.5M 18AWG Cable）

表4 效率测试（PCB END）
/ d/ }# C% |; z6 o$ ~5 u

8 Z8 f8 ]/ ?" [5 `表5 能效等级评估（1.5M 18AWG Cable）
: d9 k% t" z/ f: Q: R1 X

6 x! v" T! T) M$ M3 ?4.2、输出特性：

2 R6 |4 ~% D, l* K+ ~: ~+ ]4.2.1、线性调整率和负载调整率: （ 1.5M 18AWG Cable ）

4 a$ [% S, }, R5 R" r" A+ n
4.2.2、输出电压纹波：
- o+ J. H3 Q! k* {  Q" c+ `. W6 z( q- h
+ z$ W" Y: C7 h" J* \0 O  d2 N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。

& G% z4 B; J! F3 |" E

# k0 C6 U  Q: Q

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

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

R&N @ AC264V/50Hz,No Load

* \: @1 i; v, v- g& d6 d  X

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

4.3、保护功能：

  z# @# d8 h- c. e以下涉及过流保护、短路保护的测试。
" l' p& }5 V6 U, j/ L, M
9 E( a; C  [4 _! S9 V1 g( w8 k8 C4.3.1、过流保护：
  h1 k: B8 G+ L& z" \+ J
. e2 \" x" ~% j/ X% |1 B5 g+ r: J, Y

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。

* J0 \! a$ V" D4 r4.3.3、Peak_load 功能测试：
2 Y) W* s) m% n
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。

/ [4 m5 F; \, n2 c; u$ w6 {

AC115V 发波周期12.6mS，Vo 最低15.6V

3 s) W* p" w7 X' @: y, x" X6 l

AC115V Peak_load 功能升频151.52KHZ

4 n, J. i* V& w

AC230V 发波周期11.2mS，Vo 最低18.2V

AC230V Peak_load 功能升频151.52KHZ

4.4、动态测试：
8 @3 T/ j" m4 E5 {; P
% T4 e7 A  ]' K( S6 n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

' I9 N7 }6 o8 k% K4 x

AC264V_5ms

' \( }1 ~" y7 T2 [, d- V) A* e

AC264V_10ms

4.5、系统延时时间测试：

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

6 _* e# T, h! x" G5 `2 u

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

) {1 T) C2 `/ V$ |* [" u. }7 ^6 z

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

; R' X2 N$ [& z$ x/ I8 G, }6 a

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

  r( a4 s$ y) ^7 @4.6、其它重要波形测试：
$ e3 |5 t/ \( U) c& E9 _4 Q) ^- t( ^

AC90/60Hz，100% Load CS 波形

' y" E" A+ `# U( r/ v) L0 N/ J

AC230/50Hz，100% Load Gate 波形

' z3 V+ m7 I, W( I2 z1 {) W) z, o/ m

AC264/50Hz，100% Load 输出肖特基波形

AC264/50Hz，100% Load MOS-D 端波形

! ?! q+ k* Z2 v05、温升测试
( k" Q5 M/ @: }/ l  J' f- d+ z
测试条件：带外壳在40℃环温下长时间带载3A 老化。
" y7 E8 R# X4 J: a  u8 g
: i) j( {( e  v; q

- r( r1 ~$ V/ f3 ^- e' ~$ `06、EMI 评估测试

测试条件：
1 Q) C  j" D8 x$ H8 ?' s+ K5 Z
  G8 a; g) m8 B9 @5 t. e输入：AC115V/230V；水泥电阻阻值6.67Ω，带线1.5M 18AWG 测试；
8 F4 O7 e! S3 a2 D0 g限值标准参考：EN55013、EN55022B。（测试结果仅供参考）

. L% q# j7 ^1 K9 {. ?

AC115V 传导L 相

AC115V 传导N 相

# G6 S2 |5 K' B# b

AC230V 传导L 相

AC230V 传导N 相

AC115V 辐射

8 g1 `. e4 F- C3 o7 p# N

AC230V 辐射