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 V( I( f0 r, j0 D) K! R- {1 [
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。
: v4 X( n/ l0 ?4 d' _
" N& @  ]3 T5 S0 |1 b01、样机介绍
- s. K. D* t3 y# Q- k( V
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。
% R( Q. G: H* q4 S+ j
" c; u/ a  v. b7 b( q. Y$ Z* y

CR6890H_20V3A 工程样机示意图

CR6890H 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。

特性
* T0 R8 K* m2 P7 v
0 O6 R4 x* t6 s! f! q较低的启动电流 (大约3μA)
6 F% K) w" b4 s& K& L
内置软启动减少MOSFET应力
* W/ Y( p* B7 Z
, }# @0 k0 ?- W$ J0 x& o5 ]带有Peak_load 升频功能；
& G; u# r3 |& t, o1 S
9 B- h6 j+ G$ H8 V  hCCM+PFM控制模式

内建同步斜坡补偿，消除次谐波震荡
$ `/ x. T1 p  i5 W6 j- R! o
内建频率抖动功能，降低EMI
. ^5 d: S! {) \7 Y( _8 g( S
内置65kHz开关频率

" j: {- m, u1 c0 U* {轻载降低工作频率
* O: w8 P0 a0 q) L; {$ E7 N
# i5 Z5 }4 c) ~7 H3 d15ms倍频模式

# n8 b6 [; p" h" V9 _可编程外置过温保护并进入latch
+ U( A7 j" y# L: z- [! y
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

! F* k) S* `' I+ ^内置输出二极管短路保护
' E: _5 |/ [# t/ @) }5 s
内置过温保护并进入latch
2 o! q& N: ]' W) m2 H% g- |+ l
7 C3 x9 W& E- j  I' }- x6 u2 i7 X过载保护

" t, s6 i7 P- ?+ bSOT23-6L封装
7 X" b9 r! R, Z8 T. H9 B( g$ _
- h# Z) Z7 F% @* k$ i- ~* ]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。
$ D5 V) w: U0 _+ D3 J0 n* s. Z
7 V# o5 _8 l5 ~; K& }基本应用
; l) i. ?& I7 m+ G2 Y
AC/DC适配器

7 z+ K( m( s+ A  @电机类适配器

3 P8 a! W6 }5 h& u7 W0 f2 f充电器

0 q- P1 S9 L/ V存储设备电源
% s) X' j' H. e5 Y
8 V2 _# X# F6 i. u7 m& I: l典型应用
* D* k- ~; S/ D, _% L4 M* }
. \/ r1 n9 T/ b. H4 H3 ~; m5 G

管脚排列
* t8 R1 u4 |+ E  f

管脚描述
% e( l& L- _+ ~9 L
: a! j' a" ~( e" O7 }  |" C. _+ f

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。

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。
1 T# e1 t8 p7 w/ `: S7 [( x# P
7 Y/ i; U% \+ [4 K% q) K- L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。
& Q5 P! d8 v( N! q
8 D2 m" J/ f8 [# @+ H02、样机特性
' t9 r+ T# r/ Z* H( I. ?0 a
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。

; F  J( x& G$ A8 F2.1、输入特性：
  T6 M& f: }" s+ s0 e" S  ~

2.2、输出特性(PCB END)：
2 _+ k2 ~& ?( ^5 q3 P

2.3、整机参数：
) K1 N0 s* P8 ^2 b, Q/ o5 g

1 t( Q. F8 i6 J: m2.4、保护功能测试：

0 x% ]/ o, F! @2.5、工作环境：
6 z4 J% \: _7 |) i5 i; O; u; s! z

* m- D0 r4 V+ W$ I; H2.6、测试仪器：
5 H0 Y8 s6 J2 R* J: Y

03、样机结构信息
0 Z4 l) Z. C( H  g1 n! ~" V, D/ J3 i
+ u0 P4 K- I$ l' {' 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。

3.1、电路原理图及BOM：

3.1.1、原理图：
8 ^7 ~7 e5 a. j: b+ N
$ _7 P' z1 z$ ]% k0 ^

6 g5 H! B5 R9 b2 T3.1.2、元器件清单：
" k8 M* F  T  i

3.1.3、PCB 布局&布线：

7 B" q( ?9 }( _3 z

PCB 顶层布局

PCB 底层布局

1 S! `! {. E$ q- Q% y' q' h

PCB 底层布线

3.2、变压器绕制工艺：
7 P+ g" w5 A  c& A
3.2.1 电路示意图：

3.2.2 、规格参数：

  s+ q9 C2 C, X" _7 Q0 D/ A0 f1）骨架：PQ2620 磁芯（5+5PIN）,Ae＝119mm²；
2）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；
# M! i, p# ?3 }' j$ L/ T; R4）N1 N6 N7 绕组从变压器针脚B 进线从顶部A 出线，磁芯接地；
6 _8 n" o2 _, u5）绝缘胶带:3M900 或同等材质；
8 u3 ~- C8 b2 z6 H# s6）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）)；
# a5 e7 S" w# u5 ^# U( p0 U& W8）耐压测试= 3.3KV 5mA 1Min；
& d3 K4 a" U- U" @9）成品要求:浸凡立水；

: p( |7 S/ R+ M. ], x3.2.3、变压器参数:

3.2.4、变压器结构图：

04、性能测评
7 E  O/ y5 H, f; l6 {: c: s  R! Z8 p
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。
. |1 \0 Z  y8 V/ V' a
4 u1 K9 Z0 O* C6 ]: |" g- C8 m& Z+ t4.1、输入特性：
; |* w/ N) o3 y5 {; h/ ^& }% 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
: L/ G; o" |1 R4 T+ T

表2 输出接1.5M 18AWG Cable100%负载下的输入特性
4 a3 x& {( M4 G7 Q1 v* I* b

表3 效率测试（1.5M 18AWG Cable）

+ U* X$ a5 C* a$ F( k4 Y9 ]& N表4 效率测试（PCB END）
' @! N, ~/ I  h" w

表5 能效等级评估（1.5M 18AWG Cable）
6 D1 W, T$ ~% |8 Z0 W+ H) @

: S" b: j: D/ O  ^4.2、输出特性：
& z3 i; ~3 @3 q8 Q1 x& ]2 o- u8 }
4.2.1、线性调整率和负载调整率: （ 1.5M 18AWG Cable ）
8 A% ^9 J8 u5 n( ]( ^9 F; p2 M

% ?  {# p5 w, n1 b6 `4.2.2、输出电压纹波：

: e2 {4 v* {, O& j3 g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。
4 o2 y. ^  F6 Z2 G4 V

: }2 y6 J; C5 w, W

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

! z: X' i1 ]8 o  \, O

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

3 z" C0 p, |, g

R&N @ AC264V/50Hz,No Load

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

" Y9 _, U; e) f- ^. h' \  F4.3、保护功能：

& v& {5 e: ^. k2 s( U" t以下涉及过流保护、短路保护的测试。

4.3.1、过流保护：
+ c9 w2 K( [2 L  O# N/ d
6 w" s  z' f) J/ \

) c- k9 X1 {9 a0 S4.3.2、短路保护：
5 O" E- S8 }' ^
! J( N) s9 B) Q; U) \0 o8 y功率计电流量程2.0A,开启平均值模式测量。

) K8 p1 _  l! y! J

1 N$ a3 d: z) O$ E8 @) G4.3.3、Peak_load 功能测试：
1 Z3 D+ h3 p; O! \" 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。
' ]) }  \* o( t& j1 u0 b& g

AC115V 发波周期12.6mS，Vo 最低15.6V

  \0 S9 D$ H9 O* _. ^. G- a

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

( G6 P* I: d: w+ A4.4、动态测试：

( D1 |! R" R9 |2 X0 Q4 m# ~. [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)
7 f$ q6 y; [2 ?( ^/ w, q
* |# q+ D" b3 T$ x7 a# ~+ @5 c

AC90V_5ms

AC90V_10ms

AC264V_5ms

AC264V_10ms

- L- u. j/ X0 R$ h5 a& H4.5、系统延时时间测试：
; R* e; n# {8 ~$ U
8 q1 [+ C: ?# o' D) [) F; f

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

4.6、其它重要波形测试：

# i* ]' Z- ^, F2 g" W% S

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

8 a5 X4 E  I8 ?3 z" _' J

AC264/50Hz，100% Load MOS-D 端波形

# S$ V% d/ J  J# h0 L# {+ ]05、温升测试
9 y, r3 `! A% t) F/ t5 h. @* C. U6 K
# G7 }/ H7 k2 W# ?9 _1 @. W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
, T* L6 m, D6 O5 a: Q2 \6 ^& c+ h
测试条件：

4 D7 M% U$ U! u$ E* S, p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）
' [4 [+ @6 W. m; B% d

AC115V 传导L 相

AC115V 传导N 相

AC230V 传导L 相

1 m0 e$ X$ X1 w- a

AC230V 传导N 相

AC115V 辐射

AC230V 辐射