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

3 t. P# U- o* F( l  w$ f, ^
' M3 X3 \+ ]! |& k7 X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。

/ m9 e& }9 j' b' W01、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。

9 V8 J; h" @/ V; y# J2 R3 C4 v

CR6890H_20V3A 工程样机示意图

8 e" o# B" A1 \% F, xCR6890H 芯片
) J8 d/ b$ o2 W! P/ j
. I* K: _- U  w1 D; r; f5 ZCR6890H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。

4 K; S0 F# l- p+ Q. k" r特性

% Y( U  }" C$ m3 r: `9 x. [5 ]  e' A较低的启动电流 (大约3μA)

5 t4 i; ^. ~0 R# `9 g内置软启动减少MOSFET应力
/ H0 a+ Z1 X, @1 L8 o( W$ |
带有Peak_load 升频功能；

- j* R! {6 s; Q+ z/ ~, ICCM+PFM控制模式

) ~, Y6 O% }  K8 q# a0 F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
; W" t' c) d0 }' W" ]4 q
. m& t' J$ I) f, |  s# d) q& D  n内置65kHz开关频率
! H  m! v: h  [' l; ]8 N) j  B
: [$ J6 C3 A6 B' [9 a轻载降低工作频率
5 u: |# l) ?5 e7 ]2 {7 C' k) z0 ^; Q
15ms倍频模式
0 p4 }( f& r$ b
# T- E5 W5 o6 i$ d2 Y可编程外置过温保护并进入latch
% P6 Y  b+ ^5 t0 u
VDD过压保护和输出过压保护功能并进入latch

内置前沿消隐电路

内置输出二极管短路保护
  {9 K! Q8 {, n% P5 L& S1 T
/ |! m8 Q  x. @( R' {内置过温保护并进入latch

过载保护
$ K, E+ F* A. t4 O3 v& M
4 a2 Y9 P1 I& L! v# Z! ~. T* |1 }SOT23-6L封装
$ y4 z* K7 @4 [" w  F
* ]7 q) K* G5 Y  R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。
4 J* `4 D0 s$ }  z# f$ O
. j+ o. _* p+ G1 h. |& w& R8 v基本应用
4 C; A' F! B, X6 N- Q& E
9 f- X1 h# V9 H; M( r  a6 BAC/DC适配器

电机类适配器
) _# s" ]2 L# G+ `! ?
充电器

存储设备电源
: f& A/ b" U3 r
( q, z  x  ]! M8 A6 j- P典型应用

: \* G' F4 P; Y- Q4 B1 q管脚排列
& U7 l5 {  B/ c7 o  N7 ]
4 U9 K* x6 N2 g7 T$ g$ I

管脚描述

* @" @/ e! y3 e& d+ Z  e

/ ?4 j6 I( x: |0 G6 U4 l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。
) Z; K! o+ e( F6 t* X( d
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。

$ _" F7 I4 Q, `  [  }4 f4 o) f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。

1 `, z8 m% V; g: X02、样机特性

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$ I1 V5 T( t; y* k) y
  @; t8 S/ B% O2.1、输入特性：
& `& N0 [. P1 W, X  J9 N+ `! s

2.2、输出特性(PCB END)：
: s1 t& N% x+ Q/ v

. r3 ^% w/ `5 ~7 ^, u" m2.3、整机参数：

% P/ _6 J0 f) f0 H7 W# e6 r2.4、保护功能测试：
8 a1 \7 V. a" R& E+ S/ n2 D8 O

2.5、工作环境：
0 {8 R$ q, V' {; b- M4 _8 E

" E. V$ q, k5 m- Q- ]
2.6、测试仪器：

03、样机结构信息

$ n& l" J1 t6 _) k! Q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：
) I8 M. k# n6 j& c4 M7 L$ U& P( g: s2 l
3.1.1、原理图：
  M/ M+ N" M0 D3 Q3 {1 p. N- {

0 }6 g1 N! C9 w9 E! j3.1.2、元器件清单：

# v& v2 @, G" C8 }5 {  h) ]/ K

' ]( d, V% T9 \: Z, w6 W% D$ Q3.1.3、PCB 布局&布线：

: f) v  F. b; }+ T* |

PCB 顶层布局

1 Y1 S/ i9 e* N

PCB 底层布局

) M- D* D2 X* \9 [

PCB 底层布线

3.2、变压器绕制工艺：
4 y2 Y1 r3 G$ x, ~; D
3.2.1 电路示意图：

' G" {0 q" i' U( c  J3.2.2 、规格参数：

5 ]( {& `: c" ?1）骨架：PQ2620 磁芯（5+5PIN）,Ae＝119mm²；
2）材质：TDK PC40 或同等材质；
4 b& `% D7 T) r( R: A& C4 {3）初级、反馈: 2UEW 漆包线；次级: 三层绝缘线；
7 Z/ R! V) L3 L: ~2 R2 x: K4）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 N0 _4 A/ L: S* D$ l4 _0 |- u' S( `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）)；
7 A% a* R& b& e8）耐压测试= 3.3KV 5mA 1Min；
9）成品要求:浸凡立水；

3.2.3、变压器参数:
( b  H9 f2 \/ u6 `/ l% m# H; B# r

; b% B1 [7 P5 i0 H; l) ]3.2.4、变压器结构图：

" V2 X# \3 A" l4 `8 V% E# c, V  _04、性能测评

  u8 p' |+ D. J6 b3 \% c% D) i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：
) ?/ X0 x! V$ E  x
4 p$ k9 r0 [* v8 v# a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。

* U" |: ~+ C5 b8 k# X表1 待机功耗
& M4 |" u4 X1 p" |5 U

表2 输出接1.5M 18AWG Cable100%负载下的输入特性

* X* J8 n, ?( ?- G  F4 @, p: p表3 效率测试（1.5M 18AWG Cable）
  }8 I, y: L5 G2 h

表4 效率测试（PCB END）

表5 能效等级评估（1.5M 18AWG Cable）

- G: C& p9 B$ p- C( {$ N4.2、输出特性：
0 {; `! F, P& w$ u
8 Z+ ~9 u% ]  `1 Z9 x) S4 H0 r4.2.1、线性调整率和负载调整率: （ 1.5M 18AWG Cable ）
4 B$ [' h' w8 N  E% @

( [. @4 H7 f( U, w3 O* D* ^+ c1 P4.2.2、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。

/ O; t" N  ^9 ]' b& W. u& {% P

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

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

R&N @ AC264V/50Hz,No Load

% w  c" @8 u6 c. U( n' W- F

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

" N, y- C- e4 M; J4.3、保护功能：
6 `  H: \/ Y5 O7 ]
以下涉及过流保护、短路保护的测试。

+ }; ~4 N8 w: n- R4.3.1、过流保护：

4.3.2、短路保护：
/ Q! O) s) P1 B. D3 Y# v
功率计电流量程2.0A,开启平均值模式测量。
7 i2 U6 N# }0 L# z" `+ d7 X9 Z, g

4.3.3、Peak_load 功能测试：

( G5 ?& j/ `3 k1 G9 _" {2 C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

; w# W3 _' p# d$ \

AC115V Peak_load 功能升频151.52KHZ

7 Q- A- {$ _7 [7 R/ x

AC230V 发波周期11.2mS，Vo 最低18.2V

AC230V Peak_load 功能升频151.52KHZ

! b# b% L& R' G- z! Q2 v4.4、动态测试：
% E# H4 t/ |5 }
& j7 }1 R8 p7 D9 h. B: D! [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)

- k2 p# N( s' p5 W

AC90V_5ms

AC90V_10ms

AC264V_5ms

AC264V_10ms

4.5、系统延时时间测试：

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

( [5 r% p; q# M

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

- c  P, s" E8 f% Q; ~- o+ X

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

8 [: r4 ]% i. b" c4 d  J4.6、其它重要波形测试：
8 M3 I( n. |6 o- A; p4 H6 c8 K# U
6 J# y& e9 P9 T1 [* k

AC90/60Hz，100% Load CS 波形

* r. ]- g8 E" l- X

AC230/50Hz，100% Load Gate 波形

. O( ?5 j; ?* E; k, d

AC264/50Hz，100% Load 输出肖特基波形

AC264/50Hz，100% Load MOS-D 端波形

. U  G+ _* Z3 g1 b- n05、温升测试

( D- L( h" Z, J; ?# g& }测试条件：带外壳在40℃环温下长时间带载3A 老化。

06、EMI 评估测试
8 X" p7 O' R  O! O8 {+ v
' i0 W  t& o; W1 M( k9 R测试条件：

" [8 D3 h$ {! ?" u6 N  r# s; ~输入：AC115V/230V；水泥电阻阻值6.67Ω，带线1.5M 18AWG 测试；
( `" G+ ?# t" L! u1 R限值标准参考：EN55013、EN55022B。（测试结果仅供参考）

5 K& D9 F) v2 M6 B

AC115V 传导L 相

. o& e5 u  N# W& [. h  F

AC115V 传导N 相

% \5 }+ C0 H+ x& ~! O

AC230V 传导L 相

AC230V 传导N 相

AC115V 辐射

9 L. f* v- B  M

AC230V 辐射