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

) K7 N$ Y. Z7 R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。

, c6 J- o+ o7 C% G5 Z01、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

# d3 A* h. q/ N1 Q- x" DCR6890H 芯片
6 K) q  ?9 J' e8 m; q5 {1 M
% B$ Z6 _/ [& ^9 }7 gCR6890H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。
& X# X$ k1 o/ g4 P1 u
特性
! t/ V5 ]+ Q) A+ e& O
  l7 ^( x+ g/ J+ B% p* Z较低的启动电流 (大约3μA)

内置软启动减少MOSFET应力
# Q( ?4 J- q1 M! s/ V% Y- g- u
: [9 `% L9 P. C带有Peak_load 升频功能；

CCM+PFM控制模式
3 P% N1 `1 E. \7 L3 ?/ B! M
内建同步斜坡补偿，消除次谐波震荡
5 {$ C/ V! X4 }4 D# x
内建频率抖动功能，降低EMI
" z0 \/ `9 W& F- W
内置65kHz开关频率

( C2 z& V$ r6 \0 L; V5 a) }3 X轻载降低工作频率

15ms倍频模式

& S# d' h6 L* n8 K, p可编程外置过温保护并进入latch
& {3 r5 c6 p$ R( c8 k( n
& F- [" n9 T( d' |VDD过压保护和输出过压保护功能并进入latch
# Q% o: n7 b: H, w3 K( ~0 d
内置前沿消隐电路
) \/ y8 n6 w9 w4 p- V
内置输出二极管短路保护

内置过温保护并进入latch

过载保护

SOT23-6L封装
7 R, m2 w) T% v8 e0 e& C
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。
$ V/ b& u' a9 |: G2 }: k$ u" t
' X7 ^6 `8 ~7 p基本应用

AC/DC适配器
; N* E) W3 }* O8 k! |* X0 w; H4 y6 ]" R
4 K6 ?4 S8 ?* H$ g+ Q: f- D; l* y电机类适配器

, p! b  M; k" I& N  u9 J5 o( h4 x$ p充电器
* R, `: b% ?* @# ]9 a" g, ]5 J, f) V
5 x* o8 V6 a# x1 ~4 a# S存储设备电源

典型应用

管脚排列

/ h( y: D! o3 P' Q  }3 I$ r

管脚描述

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。

! F, r% U& J1 P! K6 v) R, H4 F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 X( ]- p. T" {
' M9 @( l( N+ ~1 t: I02、样机特性
! o0 I) X3 ~8 J/ M2 \& O: E+ g
2 z3 N  x: O! _0 v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。

+ z/ Q/ j) \; i( F3 B2.1、输入特性：
5 z, U) k/ ^" E. j9 w

2.2、输出特性(PCB END)：

2.3、整机参数：

2.4、保护功能测试：

2.5、工作环境：

4 F& g4 e7 N* V$ C5 W- s' ?: h
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。

3.1、电路原理图及BOM：

3.1.1、原理图：
& B; Q* `. R5 ?0 R, H: o# X0 ]6 c
" q# I+ V( N' b( S) H6 J

3.1.2、元器件清单：
7 X/ ~$ f$ V! V! g1 d  ^4 v
8 ^; F8 Y4 p' ^) Y4 C

3.1.3、PCB 布局&布线：
7 K' x/ Q5 ^' Z$ I. O+ i  }

PCB 顶层布局

PCB 底层布局

  T9 w1 N  |/ k; r5 O

PCB 底层布线

3.2、变压器绕制工艺：
, t! ]( s' q, S- E. p6 i
3.2.1 电路示意图：

3.2.2 、规格参数：
% k; P- j( T4 [1 e; n* r+ W6 ~
, d( y3 L: I& O* n$ M1）骨架：PQ2620 磁芯（5+5PIN）,Ae＝119mm²；
9 x: u# g( ]! c  X8 g2）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 U7 C  W7 b* D4）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；
, ~* Z  K' F; `4 h8 C& s0 D" C2 t0 P, ^6）初级绕组感量Lp：0.6mH±5%（测试条件：0.3V，10kHz）；
/ E) b  }( ]" u% a1 ^$ a  z7）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）)；
5 D6 B" y+ u( H8）耐压测试= 3.3KV 5mA 1Min；
9）成品要求:浸凡立水；
) a3 v8 J- \& {8 W# x$ J" z' o5 v
3.2.3、变压器参数:
- M/ K) J6 u9 p
5 a) j. ^' {2 A2 l' `9 J6 ^

3.2.4、变压器结构图：
9 ?( E, q3 I% `" t3 \( S. X

04、性能测评

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：
% p) [6 G1 d$ a3 |( E& H
0 o0 z: r3 S3 z. s) b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。
% Z+ N, v" q( k9 E! P  g6 \
表1 待机功耗
7 C% i' V: J8 T4 T+ c

: R- w( L8 B' b" Z; E. {+ p表2 输出接1.5M 18AWG Cable100%负载下的输入特性

1 K9 [6 u! U7 h# L& ?表3 效率测试（1.5M 18AWG Cable）

表4 效率测试（PCB END）
" f2 Y% X$ @0 I) w

' W' w1 y" J4 v- r, ?+ m* n表5 能效等级评估（1.5M 18AWG Cable）

4.2、输出特性：
& P: o6 M7 s1 K& a2 Z
7 L( d0 z4 @  ^3 m4.2.1、线性调整率和负载调整率: （ 1.5M 18AWG Cable ）

, L$ o8 w) w+ `) g4.2.2、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。

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

; o8 B& n. Y% M4 E9 I# V  f+ k

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

R&N @ AC264V/50Hz,No Load

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

4.3、保护功能：

( }' P) b; c! ?2 n6 i: D- ]以下涉及过流保护、短路保护的测试。
+ ]. F2 ?% F) j
4 k7 ?/ R' Y6 b  \, r9 l! f4.3.1、过流保护：

4.3.2、短路保护：
* c0 a; x" Y' |5 ?: \3 @& Y
6 W( L  {/ ~/ r1 E: x/ k9 ^功率计电流量程2.0A,开启平均值模式测量。

" f' a/ j* g! W4.3.3、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。
" w. P4 }$ a3 e- m3 i

AC115V 发波周期12.6mS，Vo 最低15.6V

0 u0 T( K: _! Z& Z- M

AC115V Peak_load 功能升频151.52KHZ

! X2 I1 L9 J& Q3 ]! v

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：

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)
9 @# N8 p0 e# v# B; ?0 Q# [
9 W& x' E% t: l

AC90V_5ms

AC90V_10ms

7 A/ j# G7 T; Y( J- O8 T0 @" C5 Q

AC264V_5ms

AC264V_10ms

4.5、系统延时时间测试：
6 C$ K" W( L! m/ l+ |
1 u  `6 C& e# w( y6 [+ Y& \

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

% G; z/ f& a6 Y3 V" k' x# b

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

* F8 J* n) K# o. Q' ]  t6 i4.6、其它重要波形测试：
$ ]5 j& W  Y! O( b1 i% G
, P- @9 `3 `7 X1 i1 Q& B& E

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
. G, X1 d0 R1 }1 p9 L1 b
测试条件：带外壳在40℃环温下长时间带载3A 老化。
% h+ a/ b3 o* y8 f0 O  e

06、EMI 评估测试
' x* A& o# D8 N6 z5 a
( \' ~! Y2 N4 Q: [8 S测试条件：

$ f; s; V) I% U3 O1 j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）
& n2 H$ u2 T% P

AC115V 传导L 相

AC115V 传导N 相

1 Z& U0 z% z: \! Z, k& S3 R' b* ?

AC230V 传导L 相

AC230V 传导N 相

  S& d1 f# @( ^9 O

AC115V 辐射

AC230V 辐射