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

2 d3 L8 G( O- w) w/ r9 l# W
: E9 O0 _1 ]. h" t. H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。
) T! x% o" D! _9 {2 ^& ?/ C; j$ t
7 J1 t# ~: Y2 p$ r- b& N01、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。
1 c( r2 i% e$ q/ Y5 D+ X! w7 c% ~
6 o7 B4 h! p2 e

CR6890H_20V3A 工程样机示意图

CR6890H 芯片

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。
% [( M3 q& R& ?- c7 T
* P$ K: Y) Z, q- {: p& `) @8 b特性

1 O9 d, }, S" [% `6 L: H2 h' p" f$ S. W较低的启动电流 (大约3μA)

  b: @# K* N! ?! D1 O, d内置软启动减少MOSFET应力
- w* C: ^* S; F
4 c; p4 J( s5 x$ ]4 ]带有Peak_load 升频功能；

CCM+PFM控制模式
6 @0 ^6 Z; S2 t( _  U
/ v! p: b3 c: ?2 C! t) Q: a7 Q内建同步斜坡补偿，消除次谐波震荡
5 N5 M4 z4 ?, ]: L# |
/ }3 z4 T. Q* }* ]& s内建频率抖动功能，降低EMI

" R% a8 l: x: L( R* q) `" A内置65kHz开关频率

3 M9 t) z' S! A2 b2 H, Y轻载降低工作频率

15ms倍频模式
9 [; z/ K* R! ~1 T# n9 Q( B
可编程外置过温保护并进入latch

VDD过压保护和输出过压保护功能并进入latch
- ~( ~- b8 G7 k9 t+ u, X$ a
$ M! D3 J6 P# F; }/ A内置前沿消隐电路
7 c3 m) I# e: \! n9 T0 ]5 k- C
+ `% L6 `" g/ p, j& R3 X内置输出二极管短路保护

内置过温保护并进入latch
) a: X: M7 h7 G( V6 {5 U
6 {9 N$ B/ D3 R7 Q8 J8 B过载保护

SOT23-6L封装

# J* m6 j6 i1 Q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。

基本应用

$ o! C  c/ D, C7 N4 h8 ~0 o" FAC/DC适配器

电机类适配器
% B; C  c/ q$ t
充电器

存储设备电源
/ e* G* Q% T1 `! |8 O/ v
典型应用

& ~( U/ x/ w0 p) P/ }

管脚排列

管脚描述

. v9 J# M: |6 G- M5 ?: {0 v

5 Z  V3 j) ]! r4 ?6 C2 J( r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。
  r8 P, F2 y' n1 E. ~
( D, ?# M$ V, S" `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。

0 f; ]& Q! k5 m02、样机特性
9 {$ D& S+ |. H: n# x
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。

* }0 o% o. g' n& M3 O5 \2.1、输入特性：
' ]2 p( c, w- C7 a2 a  o, ~, k8 c" h

9 e3 K/ [( C) b: C+ C# B2.2、输出特性(PCB END)：
) c$ X4 T  k, B3 u2 F* t

5 S6 i( V# ]& r! {5 A) v2.3、整机参数：
2 x8 _( V/ I5 R+ O9 f- r

2.4、保护功能测试：
; z% H. G  N0 A. c& R0 ^. k- M

2.5、工作环境：

% c% Q5 k0 X7 @( g
( Y! ~4 }* `: H+ m0 J9 }+ ]2.6、测试仪器：

03、样机结构信息

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。
$ j3 E- v% Z" N1 }. Z9 m6 P
3.1、电路原理图及BOM：

3.1.1、原理图：

, Z3 @2 Q8 f% e

, l  |; G: V9 [2 T+ C3.1.2、元器件清单：

5 T4 L+ z) i6 v3.1.3、PCB 布局&布线：
7 h# T/ ^/ F3 v/ {5 p

PCB 顶层布局

PCB 底层布局

2 X# T/ V" }, f. r- \

PCB 底层布线

3.2、变压器绕制工艺：

4 P8 b& T' d3 r# `3.2.1 电路示意图：

5 G- f1 h+ j6 x' D3.2.2 、规格参数：

5 r/ N# o5 i% s8 C/ {8 Q1）骨架：PQ2620 磁芯（5+5PIN）,Ae＝119mm²；
! I" _+ [7 S/ `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）N1 N6 N7 绕组从变压器针脚B 进线从顶部A 出线，磁芯接地；
/ u6 f, p% {+ B7 d5 p5）绝缘胶带:3M900 或同等材质；
3 b( e" E/ T6 u" A' w$ M( \6）初级绕组感量Lp：0.6mH±5%（测试条件：0.3V，10kHz）；
/ h8 ~, Q' g: t+ 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）)；
8）耐压测试= 3.3KV 5mA 1Min；
1 a! d, _% I( B) m$ X! _9）成品要求:浸凡立水；
* m0 V: D" M: X/ A7 ~% n7 {
4 S6 A2 _) M1 O& v3.2.3、变压器参数:

- e0 v: Y1 k% C

# B  h, T$ r5 U3 F- ?/ k3.2.4、变压器结构图：

04、性能测评
4 B: ]5 w& i* _) H( t9 b1 {
6 P  q+ e( ]9 \" }0 J, 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。

: C9 v% L% J: c8 i- [* \  L; B4.1、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。
9 v- L; e/ e7 P6 x" B4 i) [
表1 待机功耗

; ~, g4 O* ]0 s2 N. P! k5 a表2 输出接1.5M 18AWG Cable100%负载下的输入特性
, K* h) z" B9 s  H2 D

' d( d0 C$ G- W表3 效率测试（1.5M 18AWG Cable）

表4 效率测试（PCB END）
  O: }8 I! \* V' W+ D4 {

3 S( @5 q& D; f( @* O表5 能效等级评估（1.5M 18AWG Cable）
+ |0 d2 @& M3 V, [% a. d

: E* K7 N! M  z* L* p+ F0 q1 R) f4.2、输出特性：
% G* c. [+ ?9 J, N
4.2.1、线性调整率和负载调整率: （ 1.5M 18AWG Cable ）
9 Q$ s1 @: J1 r" W. ^9 v& I6 _+ X

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。

) j1 }' r& Q8 d8 S

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

$ v" b: t7 |0 N

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

" K2 b- }6 m; r( g% e

R&N @ AC264V/50Hz,No Load

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

4.3、保护功能：
/ F+ E8 t% ?8 f
4 l- e+ [2 B$ l8 g; m5 ~以下涉及过流保护、短路保护的测试。
# V6 A- d# V4 l6 h) i  ^
" S7 S! R5 K* Z4.3.1、过流保护：
9 R+ k# G6 P! T( T8 M
, A: u! ?: E9 z: z. q& w2 x( Q

1 g2 q; d# b* J  J3 o3 m5 L4.3.2、短路保护：
1 F5 M6 k$ }3 j5 K8 N
6 _3 C5 c; r2 L  q: F, l( P功率计电流量程2.0A,开启平均值模式测量。

% m1 z# i' y4 v% Q8 H0 N' P/ Q4.3.3、Peak_load 功能测试：

0 b* E7 P5 A  K: P' ?* q; a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。
. f+ w+ ~7 q3 H5 q

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

# t3 ^; I0 a8 x8 Z! T

AC230V Peak_load 功能升频151.52KHZ

4.4、动态测试：
+ |6 {; E& g4 v5 O! ~: R3 T
( v, F, o0 C! w# M0 }# E- J6 Z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

( E* y+ B% k4 J/ Z

AC264V_5ms

AC264V_10ms

7 j0 T% F9 _7 Q( d( u: c4.5、系统延时时间测试：

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

$ f  A- n( K7 w3 I0 |! L9 s. N

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

1 \& m9 T( ~5 K# _2 x( W4.6、其它重要波形测试：

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

; J7 b0 K2 D! F- _05、温升测试

( B' R0 V  X* }测试条件：带外壳在40℃环温下长时间带载3A 老化。
. J- f  C+ y5 a8 s- K% n8 {, W

- k1 ?6 S- z. X; a$ b" H: X06、EMI 评估测试
9 O4 r; J) m5 z$ [( y/ {
测试条件：
/ e4 C2 ~7 }2 Y
$ q( V+ d0 ~! T2 [! b* u输入：AC115V/230V；水泥电阻阻值6.67Ω，带线1.5M 18AWG 测试；
* w+ y  S5 f& _5 |+ W* k8 p: ^" j- l限值标准参考：EN55013、EN55022B。（测试结果仅供参考）
% o  H" R$ Y3 M; a
  n6 G2 e% @* F1 @, o

AC115V 传导L 相

. E* v' H# s4 K) u+ h

AC115V 传导N 相

0 F: ]2 v4 W' S* ]: G/ I) e

AC230V 传导L 相

+ H/ @# D2 R1 I" {4 D/ W

AC230V 传导N 相

/ n# B7 T' t7 b/ s

AC115V 辐射

4 i3 y$ z0 B% v  A  v

AC230V 辐射