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

1 h) W$ ~& ^3 u* G1 H; G. U
4 a) w  m6 V0 \# W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

+ R5 u. x) K. N+ s$ ?! g% O7 B; T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

: C. ^" y9 j  G' s% c3 KCR6890H 芯片
+ Y) s4 G! o& ?2 W
( }8 C* B% l( `* c7 E+ l8 bCR6890H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, z! ?6 M1 p特性
% k1 J+ N' Z$ N) L4 M
较低的启动电流 (大约3μA)
4 r1 G2 \5 r& S9 `
内置软启动减少MOSFET应力

带有Peak_load 升频功能；

CCM+PFM控制模式
- A$ C- }! u' w2 ^. D9 N
内建同步斜坡补偿，消除次谐波震荡

内建频率抖动功能，降低EMI
$ n; d0 _) d: D% E, S0 E' H/ e
2 z- `- h; l0 Q; S  ]内置65kHz开关频率
4 M4 ]2 L! X: a4 n' }7 g4 W$ w
4 C+ [  p4 [* ]- o( ?" q, d3 {轻载降低工作频率

' G! d2 l! ]" [: \15ms倍频模式

9 [+ g3 _( I- P* C可编程外置过温保护并进入latch
  Z& \% ^" ~# g
VDD过压保护和输出过压保护功能并进入latch
9 e" M" e) q7 k" v8 H$ e/ b6 @( ]3 M
9 V& o4 Z# [; C; P) ~内置前沿消隐电路
# V# e: w- h+ P3 ^6 B
内置输出二极管短路保护
1 G  h; Z  V% _! f! k
内置过温保护并进入latch

$ d& D/ a2 e& e# D2 _过载保护

! O9 o4 \& Q" t) f. ]3 _/ K4 }: oSOT23-6L封装

6 _4 L3 S! m6 h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。
2 h9 u( U3 }' v% E3 d+ d
基本应用
3 j4 ]" q: R0 {
AC/DC适配器

电机类适配器

充电器
* H# L- f4 _9 g+ R
存储设备电源

3 E8 z, m/ b* [6 M典型应用
* y6 c5 R6 N! r3 v  w" J5 \. ]+ t+ ]

& r: ^0 d7 b9 f0 [2 e: I管脚排列

! V3 |2 A* }0 p  H/ x/ r7 O* R

管脚描述
1 V  X) M9 X1 E& V: w) ?: i$ g

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。

. K$ Q. e, r; Z. _; w: B! b7 I8 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。
% u3 [) x& j* I( I/ n* B
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。
6 V& I6 c! e$ i6 D
7 D8 H, P4 Q9 Y02、样机特性

! Y- u  L+ g# ^( }# Y. Q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 S% g3 H2 S3 E3 d& }6 u2 d
2.1、输入特性：

+ S& d) ?. u/ D
* I* y1 G% ?; k/ K" M% r2.2、输出特性(PCB END)：

0 y3 a4 V7 R; {+ v1 C
2.3、整机参数：
, E2 s% _8 b/ C! D0 x! [# U

2.4、保护功能测试：
6 {# Q0 O& H/ q% n/ ?# Z1 j

2.5、工作环境：
" y: a* B" ]  \3 z

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。
& ?9 |: e' x0 M2 p
3.1、电路原理图及BOM：

3.1.1、原理图：

3.1.2、元器件清单：
9 L. G. G% \0 P6 ?0 f
7 i# M0 w$ @( u& q

3.1.3、PCB 布局&布线：

PCB 顶层布局

7 W  g: ]; t4 G1 j

PCB 底层布局

  x8 C* J  K7 Y* r4 E

PCB 底层布线

3.2、变压器绕制工艺：

3.2.1 电路示意图：
" A4 O7 ^1 O% L5 L# \

3.2.2 、规格参数：
  N4 t2 R% }# I. `4 E
# n7 P% {- C3 F& ^9 @8 a# l' Z1）骨架：PQ2620 磁芯（5+5PIN）,Ae＝119mm²；
+ U3 z0 P/ k$ t* I; V& T4 x2）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；
* H* n0 O. ~# f; L0 F0 _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；
; u4 v9 d1 ^; m- p5 B! G0 I5）绝缘胶带:3M900 或同等材质；
9 M" x) V% b3 B5 t& |1 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；
# Q$ ~' X7 s* ^% l
" d- i& P2 @6 m3.2.3、变压器参数:

- P/ u( Y$ \; B7 K3 h- B1 [  r

3.2.4、变压器结构图：

* E( H2 j( \- ^/ n04、性能测评

& c1 a' d1 z( ~" K% j) x8 E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。
# [0 G% ?/ s* l$ s8 _
3 ~" @5 x& \9 f: Q: i3 |% u: B5 H4.1、输入特性：

; s" v! P! b+ d7 N' h, V. o0 p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。

表1 待机功耗

表2 输出接1.5M 18AWG Cable100%负载下的输入特性

! R0 y( x* y6 }8 C9 E5 E( B% s表3 效率测试（1.5M 18AWG Cable）

+ k1 m% ]# M. u, |* M表4 效率测试（PCB END）

表5 能效等级评估（1.5M 18AWG Cable）

* v: e+ p! B. w/ x% }0 ^, C) X4.2、输出特性：

4.2.1、线性调整率和负载调整率: （ 1.5M 18AWG Cable ）

4.2.2、输出电压纹波：
# n. G& n- z7 \) F+ z& w- P
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, _3 G$ e# u* e& \0 m5 ^

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

& V# H/ _( H" _$ x+ c; M; z

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

/ a3 `, H9 k/ ?' e% ]. B* @

R&N @ AC264V/50Hz,No Load

$ K, }' K1 b. s

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

# L5 t; ~6 W8 e+ J0 \4.3、保护功能：

. j  D3 u. S6 f5 ?0 E# ~/ F9 o以下涉及过流保护、短路保护的测试。
- v0 |' q/ y: {
" B: R' z. H+ k8 n# h5 H$ I5 l8 t4.3.1、过流保护：

2 V( F( g4 @7 H# |/ l2 b& S3 x

4.3.2、短路保护：
; ~# l) Y6 n9 i  s; B6 X
. z; y* E7 w$ W* I$ n1 a功率计电流量程2.0A,开启平均值模式测量。
% T  _" r& B" C# v5 q: k

4.3.3、Peak_load 功能测试：

" Z) P/ N* }: i2 u  \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) z( g8 J

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

AC230V Peak_load 功能升频151.52KHZ

' }2 R' M' ~" B* u: B$ }7 L4.4、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)
! b8 {. ?4 }" v% X6 l6 T
' k7 K+ e4 b8 u& A- T) b

AC90V_5ms

AC90V_10ms

4 ]+ b! \8 k* f( J% S+ d# h5 |( m

AC264V_5ms

AC264V_10ms

- _6 d# Y1 u) U" [4.5、系统延时时间测试：
. Q' ]( [# Q' ~4 |8 f
- I8 p' Q; e" o) n

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

1 y5 R. o# s: t6 Q8 [7 k& x7 ?

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

# V7 K8 m4 s* s" @

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

; P) D! n0 q! ~, v4.6、其它重要波形测试：
8 p" r& u3 {5 n0 T6 T0 F& H

AC90/60Hz，100% Load CS 波形

3 }/ y9 |/ V0 t, e& D

AC230/50Hz，100% Load Gate 波形

0 S9 c, I8 q( p$ Z- Z7 m

AC264/50Hz，100% Load 输出肖特基波形

3 e: Y. Z4 y  H4 e: z6 F; Z

AC264/50Hz，100% Load MOS-D 端波形

05、温升测试
9 e& H6 D4 }& ~6 S" m+ X& D
测试条件：带外壳在40℃环温下长时间带载3A 老化。
; |1 Q  h1 F/ i$ w
+ r2 t7 C+ |7 y. D. Q5 @

06、EMI 评估测试
$ s9 @/ Y/ q, P' N- J3 p1 K
测试条件：
- J; |0 x0 U, S7 U
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）

1 I$ M' J! P  C( X

AC115V 传导L 相

AC115V 传导N 相

AC230V 传导L 相

AC230V 传导N 相

AC115V 辐射

AC230V 辐射