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

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。

01、样机介绍
, U: z  d- G6 W1 f8 G) c; @8 P" c
0 |6 v6 Y2 m8 B; M, P; d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。
% W& S+ e8 Z+ F2 R% {

CR6890H_20V3A 工程样机示意图

! x% s6 q* P( e: D; ZCR6890H 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。

  J! u. u" Y3 {特性

4 O* J( i3 M/ Z- G. f' H7 z较低的启动电流 (大约3μA)
' ?( W+ [& L& W# \* E4 C7 T
: d" O* N/ N) F内置软启动减少MOSFET应力

带有Peak_load 升频功能；

CCM+PFM控制模式
& _* m0 Z0 t! Y/ l' h4 S
内建同步斜坡补偿，消除次谐波震荡
/ z3 _5 Q2 k" l" J# g
# r5 [1 D$ Z  y* u" k" `: \内建频率抖动功能，降低EMI

9 G/ E) s; N) x" p" R# M内置65kHz开关频率

轻载降低工作频率

- d* t* L$ u! R; V9 H# e15ms倍频模式

5 j$ |3 y0 V) ?4 u; T' a可编程外置过温保护并进入latch
9 n% i7 ]% |; J* m+ T/ J4 x
, K; D+ o. L3 E1 q' w& xVDD过压保护和输出过压保护功能并进入latch

6 N# Q: p6 j% |# w( L内置前沿消隐电路
  K6 `  j. W2 H: T: l
5 M; }) Z  g0 g! r; W内置输出二极管短路保护
# U0 I3 t$ T% {% v3 y- {
9 g8 q& Q5 a2 {; y& t; O内置过温保护并进入latch

过载保护

SOT23-6L封装

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) ~0 i- O$ x0 _: N6 U" |
AC/DC适配器
. g5 H0 J5 p& x6 Z9 ]9 q+ b: D
9 R3 g  A2 F& V4 [4 }" t* Q电机类适配器

充电器

( i9 l, g+ }5 c2 ^% Y存储设备电源
% b( T+ ~. Y1 u' v/ E
典型应用
/ j, r& `& X; G; \. [

- d9 r. {8 G" Q  y& c管脚排列

管脚描述
2 ~3 V6 T: @1 @" p! w

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。
3 H% j# v. T8 F( p/ j
: E( Z. }' Q3 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。

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。

, g2 {" [1 k) Q% }/ P; J* d02、样机特性
; W& s9 \! U4 F( R( |, f/ R' W. l
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。

2.1、输入特性：

: |; O) e! r# v1 a4 \+ G. _: a
2.2、输出特性(PCB END)：
& s, Y$ u& n8 m( _# c

2 U6 c7 w1 a: E$ i% O/ u; d4 ]! e
2.3、整机参数：

2.4、保护功能测试：
! [1 S$ m, @% ]% M, G2 B

' M( k& j; i. S7 C* r+ l# `2.5、工作环境：

  m: K% G; y. U" ^/ a2 A3 Z
2.6、测试仪器：
' s  h1 Y3 \, }, ^

03、样机结构信息
1 O  @- L; k" C5 }/ \4 V$ y
$ C$ D- k/ C1 C; l3 i' 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。
- ~$ [. b. I) J: E+ d8 q* I
7 Q4 i, G2 }* A* u+ J3.1、电路原理图及BOM：

9 H. b! q9 v9 y3.1.1、原理图：

# L/ }% L; E9 o- O5 H; |

( ?+ T2 H$ ~/ X! e/ L* _3.1.2、元器件清单：
+ W5 {2 _* i( B/ l

3.1.3、PCB 布局&布线：

PCB 顶层布局

3 @+ x' F$ t- M! J$ \& {+ v

PCB 底层布局

PCB 底层布线

3.2、变压器绕制工艺：

4 Q+ e2 W! @- P) ?) X3.2.1 电路示意图：
* m# V" H4 H1 b: q. r0 u

3.2.2 、规格参数：

1）骨架：PQ2620 磁芯（5+5PIN）,Ae＝119mm²；
2）材质：TDK PC40 或同等材质；
- _. ]; H0 S5 y3）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；
5）绝缘胶带:3M900 或同等材质；
6）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）)；
1 j* o; D" Y) n2 I2 C/ E3 s8）耐压测试= 3.3KV 5mA 1Min；
0 I$ L  i% K8 s; p5 I4 {1 T9）成品要求:浸凡立水；

3.2.3、变压器参数:

9 F5 B( }$ Z" l1 ~6 Y* i) V! h6 C

1 b8 Q# r" h$ b- @7 ~4 Q/ ?3.2.4、变压器结构图：
! H1 P" W' \0 M9 M

04、性能测评
6 N3 d. H/ W1 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。
( t* z4 p$ k. \9 Z* d4 q' j
' x; z7 f- p7 S/ Z7 `; h4 j4.1、输入特性：
. v1 l0 C9 b6 B" U
. X% {. W1 F% W4 a. y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/ e+ ?( ?$ T
表1 待机功耗

表2 输出接1.5M 18AWG Cable100%负载下的输入特性
# ^& D! d$ t! ?- ]& a

- q6 e7 a/ w$ {/ k* l表3 效率测试（1.5M 18AWG Cable）
: e- P2 ~$ a3 P3 e& W

' Q' @4 P- U4 z, u) C- i表4 效率测试（PCB END）
8 K8 C# O0 U$ \4 p9 Q

表5 能效等级评估（1.5M 18AWG Cable）
) M7 C4 ~1 _1 z3 ]

# N' o) L5 _( A7 P- n: w% m, D( q* R4.2、输出特性：
, z7 C0 Q: u+ O' ]
6 a6 I0 g. u* T- X4.2.1、线性调整率和负载调整率: （ 1.5M 18AWG Cable ）
- }( X0 y+ L6 w  U; t

6 F/ ^, ^. X# O. X2 |& @0 `5 ]
4.2.2、输出电压纹波：
9 ~! C9 i2 r! |
0 {4 T* h( `* n0 C! W) ^, o' |; 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。
* [; e; F/ J! Z) P6 ?) d& N

2 F: W, @& S& ]* q7 h* ?

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

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

& D" S% p( j' h' {, {

R&N @ AC264V/50Hz,No Load

" C3 a" l; R  V" S

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

3 O4 n) i" F6 ?  B3 y( S4.3、保护功能：
0 \' X8 L9 z7 q1 Y* |- f
6 l2 o$ T( [6 E7 K) {  s以下涉及过流保护、短路保护的测试。

7 d: u* ~! R- Y1 A' i4.3.1、过流保护：
# \( H+ v( I6 E

4.3.2、短路保护：
# M. M2 k7 Q: a0 f+ f
7 S% O, f+ i, Y功率计电流量程2.0A,开启平均值模式测量。
6 ]! d( }5 ^2 o7 |4 o& H4 C% y
+ R( W& s7 y5 X& I% Y

" m$ ~1 ?0 ], d9 ^' s4.3.3、Peak_load 功能测试：
2 s% E6 R- U/ E( V) I
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

6 z! o3 w& ?9 _) g' Q8 _

AC230V 发波周期11.2mS，Vo 最低18.2V

& S# F2 H& o1 i, ]2 V

AC230V Peak_load 功能升频151.52KHZ

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)

# f5 ?4 N5 J. ~  `" j

AC90V_5ms

AC90V_10ms

AC264V_5ms

AC264V_10ms

/ p; x4 C$ n2 R/ @! z: r- T) V* ]4.5、系统延时时间测试：

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

7 n  s8 G3 N) N& a* F

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

" s' g8 e% D$ [4 P5 k

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

4.6、其它重要波形测试：
* m' }7 {( D7 q* @1 R

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

05、温升测试
' ^  C! |* y2 C9 e
测试条件：带外壳在40℃环温下长时间带载3A 老化。

* F3 B  p3 W# T6 f$ x; C06、EMI 评估测试
8 A. ^; x/ Y( ?6 x2 K
测试条件：

输入：AC115V/230V；水泥电阻阻值6.67Ω，带线1.5M 18AWG 测试；
限值标准参考：EN55013、EN55022B。（测试结果仅供参考）
7 h( u4 A2 O0 }

AC115V 传导L 相

AC115V 传导N 相

AC230V 传导L 相

AC230V 传导N 相

0 ^3 N# I+ J* S* |" b

AC115V 辐射

$ Y$ T' d; P3 e5 h

AC230V 辐射