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

% u7 w$ w% N3 D) r- 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。
  j+ ]! z* u) m
4 o7 u6 A" ], t8 A5 P01、样机介绍

0 t! V) V5 k. e" w! i; i6 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。
& D% S& a) K! y5 h4 P; r
; B# P+ y* H2 e9 t/ e: D

CR6890H_20V3A 工程样机示意图

CR6890H 芯片
: X0 i- Y6 E& h1 X! I3 j
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。
6 f' O( L8 E$ B" ^
, x  S0 A* {) N0 k特性

较低的启动电流 (大约3μA)
2 @' u3 y" T% N' Y: N" v
内置软启动减少MOSFET应力
9 n" a1 T) y% m" o& L
6 f- l. N! _" D9 e带有Peak_load 升频功能；
3 d; A- c5 _& J; ?: c  w; y
' i3 q! H( ~: a4 ]; h- kCCM+PFM控制模式

内建同步斜坡补偿，消除次谐波震荡
+ ]# A! a6 F/ ^5 Z% ~7 G) a+ Y
3 l. P, c8 O8 t) p& v内建频率抖动功能，降低EMI

内置65kHz开关频率
# J0 q+ l0 k, R0 }
/ b4 U; ?5 H. Z! G5 `" Y轻载降低工作频率
0 Y8 m! t; P: l, ^
15ms倍频模式
; T9 ?3 p* p  a6 c" ]$ K5 l
可编程外置过温保护并进入latch
( W/ }3 f& @* T1 [; d% P4 e
( l1 ~7 x" l* rVDD过压保护和输出过压保护功能并进入latch
. n: a) Y0 Q; g; ]0 m: g
; u9 _2 w' [; I内置前沿消隐电路

0 T8 [' X: }! y* H内置输出二极管短路保护

内置过温保护并进入latch
. h% ]5 p5 a3 {0 h
过载保护

SOT23-6L封装
5 g+ P! \/ K' _
  v- u6 I% G* 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。

基本应用
7 d, U( n7 f3 r9 f5 m- y  }" u
3 c( ]' L' }0 h( H5 f8 i8 ZAC/DC适配器
! f5 T7 u9 M: E" ?1 p
电机类适配器

充电器

! }  s! t! J7 Q2 d存储设备电源
% ~5 H$ L) I; X, m0 ~
( l4 ^, e" X8 P3 C; q典型应用

管脚排列
( h' B( P) C% U) x- m. _

管脚描述

- r" x; z$ g- W4 c% T

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。
% q$ w) x* I& u$ f
# F9 V3 ~% E8 n: C  R0 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。

8 l' k- f% {8 o- J; G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。

02、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。

  K% P( \2 ^: F/ T+ U3 y2.1、输入特性：
, S. a: J7 e; K: n

2.2、输出特性(PCB END)：
% }  s2 s4 u1 A, S9 ^" d; o# _

# X  \5 A, X1 r9 m: m3 n. ~, K; y
2.3、整机参数：
) k& \9 `* P" P6 `9 e

2 Q' Q# H! ~2 r) y! O1 f6 e; q2.4、保护功能测试：

1 G( z8 m1 Z) V4 q& U  g2 \1 G2.5、工作环境：

. `/ K) {" _' j1 a+ N
2.6、测试仪器：

03、样机结构信息
! O* n# ]4 Z% t/ ?
9 b* v" S9 t, G% v) H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。

( l  y7 Q# g1 I+ g! E4 \+ d3.1、电路原理图及BOM：
- ?( X, z; e- }9 L3 g
  c& |4 W4 B# m( n3.1.1、原理图：

- H- m3 W/ Y# P( C) f* z

5 D- p& X2 C+ ^' O3.1.2、元器件清单：
' I3 N  R9 h' \: N

3.1.3、PCB 布局&布线：

' ]% N' ^  U4 O: m6 z( f

PCB 顶层布局

PCB 底层布局

PCB 底层布线

3.2、变压器绕制工艺：

% j' c. t) e! z; t3.2.1 电路示意图：

( v+ _8 R; F) ^% a4 G3.2.2 、规格参数：

: g2 P" [# s* k5 P4 c) j1）骨架：PQ2620 磁芯（5+5PIN）,Ae＝119mm²；
6 v% N, t, u5 g9 b" R2）材质：TDK PC40 或同等材质；
% k7 g0 o) L+ G* D% }* M3）初级、反馈: 2UEW 漆包线；次级: 三层绝缘线；
( M) B4 ?9 W! p, `4 J4）N1 N6 N7 绕组从变压器针脚B 进线从顶部A 出线，磁芯接地；
% p1 u4 Y. ^1 I+ E. |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）；
. z3 h& S6 Z1 j5 k# U8 C5 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）)；
+ B9 H/ A% w" q! B$ x9 A% O8）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:
9 y5 ~% }' |" q/ [) u5 N

+ i- T4 T- ^% A$ g3.2.4、变压器结构图：

04、性能测评
" q, x7 b) l2 [7 N( g* O
( ]" d- n1 E* o5 S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。
; P% H& w, G: b0 q
4.1、输入特性：
  Y! f) u  C4 w) d0 b9 y
) _* D# ]# L( |4 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。
/ B% @5 G0 Y* n9 ^! R& q
表1 待机功耗
5 G& U, G6 e( A! z" V5 O

3 {  o/ I4 T6 G" e: d. U6 Z表2 输出接1.5M 18AWG Cable100%负载下的输入特性
* v# E+ M5 D" m6 \/ k/ u

表3 效率测试（1.5M 18AWG Cable）
! \( ]% @  _: \2 A! w

表4 效率测试（PCB END）

表5 能效等级评估（1.5M 18AWG Cable）
# y) R( P- N0 O! X! R& k

4.2、输出特性：

4.2.1、线性调整率和负载调整率: （ 1.5M 18AWG Cable ）
& i0 o& m# W+ D. |0 ^% ?6 ]+ t

; N; z6 B! N3 L2 j8 S5 ^% W
4.2.2、输出电压纹波：

3 i% x4 c6 e) T% x$ e3 }* S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。
2 O# a% |, F) @" ?: [- H0 l
7 ^) y# t$ \+ p& E4 A

0 s, x: N6 A) M+ }, W, O. V

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

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

7 i9 r; ]4 w4 l! ^# F9 n

R&N @ AC264V/50Hz,No Load

) d3 p; C0 o3 i5 Y5 d6 O7 N

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

6 |2 k! t% {1 T+ M$ y2 z4.3、保护功能：

& q. K3 e9 B0 }以下涉及过流保护、短路保护的测试。
) ^) |. I: \6 u4 B1 o
: M5 q: W2 m$ W& a4.3.1、过流保护：

2 ~$ u  }( p+ q4.3.2、短路保护：
* \, i6 \3 q5 h0 S
' n- p% [* G; K5 Y; I( U- G功率计电流量程2.0A,开启平均值模式测量。
  |! Y- u5 `: s2 b

4.3.3、Peak_load 功能测试：

5 ]1 {# G7 q" O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。
; a0 V* N) b0 s6 S3 R
7 B+ x* s+ {7 n' D

AC115V 发波周期12.6mS，Vo 最低15.6V

AC115V Peak_load 功能升频151.52KHZ

. W% W' b# S  Z

AC230V 发波周期11.2mS，Vo 最低18.2V

AC230V Peak_load 功能升频151.52KHZ

  f8 q8 E, m- M4 ]. H4.4、动态测试：
; c" H1 Z2 A1 ^: M8 D2 _" f5 ^* e# H
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)
- ~" J' L1 \  Z9 k2 t
/ r5 G7 E. O$ R# c2 J! C9 h5 c; K' X

AC90V_5ms

AC90V_10ms

7 T: _% b/ x  p, S9 d2 B

AC264V_5ms

, ?9 R) T  j8 M1 k) c

AC264V_10ms

6 l0 \! `/ [( q( S; [  S4.5、系统延时时间测试：

4 R. ?% \' h+ U; f0 g! D* U0 n

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

, ~! [6 P, b' `/ V. s1 b/ K: y* N

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

- B. P; [; A0 b( I- {4.6、其它重要波形测试：
% j/ P, |- D2 i: N0 `- t. ^* y8 K4 j
  ]7 s$ G5 g5 s& U/ B8 e. j  W

AC90/60Hz，100% Load CS 波形

, Y6 ?3 T; n4 T7 C3 X# d( W

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

3 r' D: l3 C7 n' T/ ^测试条件：带外壳在40℃环温下长时间带载3A 老化。
4 F' P. d: K3 I/ D- S
: K/ e/ C" q, t% s

06、EMI 评估测试
( I- e6 L7 A  L# q8 a* n- W* x
测试条件：

+ @5 u  k  j5 J9 d+ L( n* y4 k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）

) v1 P4 R. D* ^* z7 Y

AC115V 传导L 相

9 C7 y8 D9 G; r5 x

AC115V 传导N 相

AC230V 传导L 相

AC230V 传导N 相

9 I% o( i8 T! p8 h$ I0 c1 c

AC115V 辐射

8 X9 `( }7 j. y) {& z( u

AC230V 辐射