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

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。
7 Q' o8 l0 j/ [7 s$ y* n$ L
01、样机介绍
6 }8 ~7 J" z# f+ f( Q4 M
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。
* l' U2 o/ |  X9 d% U! c4 r; k
# k+ r2 b9 W8 s, }

CR6890H_20V3A 工程样机示意图

CR6890H 芯片
0 |4 m3 q/ V% j& D: x
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 z; I8 G" Y+ ^# P" F
! c, Q( z  U6 L9 s4 `$ [- ^特性

3 Q  _" L; B0 F: Q( r较低的启动电流 (大约3μA)

3 T  B3 f; B1 J! U, o内置软启动减少MOSFET应力
$ T9 _0 f6 g& K3 u4 A: s" u
: e, }9 ^" T% g) I# H带有Peak_load 升频功能；

# g& U+ Y7 @$ [- k9 T/ E" C) ICCM+PFM控制模式
0 s# p7 I' j) L& u
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

内置65kHz开关频率
+ |" F$ A1 \4 U
3 o% s1 k! i9 h% {. f9 w轻载降低工作频率
* o" ?# A8 m+ {) H; _
15ms倍频模式

可编程外置过温保护并进入latch

- e2 i, n6 w* {. W, p0 X6 hVDD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
* {& n7 O# f3 O. q! x
内置输出二极管短路保护
: p! R6 Z+ X5 t$ e0 H
6 Q5 ?6 M0 i2 i/ D3 _内置过温保护并进入latch
8 o! `% x+ Z' `6 V3 z- `
过载保护
. J# u  _8 O" M
) R6 G3 {: t- @! oSOT23-6L封装

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 F* a2 ~& ^' n
# g8 @: I: Z1 i' G& ^; |基本应用

AC/DC适配器
( ~  N7 D. L& p$ R+ @, ~; m7 [+ A
电机类适配器

充电器

. g2 s$ M- w* C/ D存储设备电源

: y8 f8 \$ K  T: H$ r$ C典型应用
, f1 N9 l# }: e' v
/ A7 F6 R( `8 B6 _

管脚排列
/ j* H$ q' X7 @6 D1 o3 a
6 L8 P3 m9 N& L+ p" n; m0 ~

管脚描述
- c! @( Q: U3 o
( D4 [# d! D) [  W% |$ 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。

4 x+ s$ J* X/ l( u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 z7 S: b) B9 }1 r" ]% \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。
9 {6 o9 r# p9 I* |2 W6 u+ x0 a; g
' Z5 v+ s' I/ k  s02、样机特性
7 Q5 V$ C/ u/ ~* B- h1 v2 t
. C) ?! Y- S8 H7 m: o; @7 K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。
/ g6 E) y0 {- m; Z' y7 U1 n
2.1、输入特性：

# R8 a+ q1 s% `0 h/ V! z  O
2.2、输出特性(PCB END)：

( B  E5 ~0 O9 z+ N0 o
2.3、整机参数：

2 G) m9 t. C5 M2.4、保护功能测试：
4 }  h0 B& @* d

2.5、工作环境：
6 ~3 L8 c8 I  U& `0 d

9 r$ [" ]2 c% ]9 I2.6、测试仪器：

03、样机结构信息
1 i5 H) A* L7 @
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：

- W% {% f$ h+ J$ }! F3 @1 r& P5 }8 {2 J3.1.1、原理图：

2 I( \, J( E; B1 d1 y) k( f3.1.2、元器件清单：
9 d6 V2 z; X9 P, W

3.1.3、PCB 布局&布线：

' U8 A/ F6 R9 O# n/ b

PCB 顶层布局

1 Q: N3 S/ E* n  Y/ g* m$ B8 b

PCB 底层布局

PCB 底层布线

3.2、变压器绕制工艺：

5 h; D, ]$ h6 c$ m; q) O3.2.1 电路示意图：

3.2.2 、规格参数：
/ N' V/ B5 n$ z9 J" |  X. r! V
1）骨架：PQ2620 磁芯（5+5PIN）,Ae＝119mm²；
, n1 Q9 A+ t( }2）材质：TDK PC40 或同等材质；
! I; f$ R4 i6 d3）初级、反馈: 2UEW 漆包线；次级: 三层绝缘线；
2 `" ?5 c$ ?) ]% M3 @% n4）N1 N6 N7 绕组从变压器针脚B 进线从顶部A 出线，磁芯接地；
; @! G) |) h+ T6 W: T" t5）绝缘胶带:3M900 或同等材质；
2 Y1 X" q" S& \, ^) h3 U; A6）初级绕组感量Lp：0.6mH±5%（测试条件：0.3V，10kHz）；
, L: Q! Y- U/ P- L5 V* s7）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）)；
: Q6 }, |. v# H& J" B5 t" U+ {: F8）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:

3.2.4、变压器结构图：

: a8 F) Y) t+ j* H04、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：

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

8 o6 o$ |" V! M/ s, w9 _4 t表2 输出接1.5M 18AWG Cable100%负载下的输入特性

4 o9 ]. Z8 I2 _& m2 t+ h表3 效率测试（1.5M 18AWG Cable）

; {3 M5 W6 U3 y( _  k( g' h表4 效率测试（PCB END）

+ A( O. t2 M4 G/ J. @表5 能效等级评估（1.5M 18AWG Cable）

4.2、输出特性：
1 T; t! G0 O% T
4 ~  i' d5 A, T4.2.1、线性调整率和负载调整率: （ 1.5M 18AWG Cable ）
9 L- z( _0 Z5 d: c: H

4.2.2、输出电压纹波：

0 M. n5 s2 H* D: d  C( 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。
! Z/ o# @- n, E6 f
6 o, S# O/ ^( C, S

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

- q# F5 K2 B3 m% G

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

( A2 e% x+ q/ S1 }- @

R&N @ AC264V/50Hz,No Load

. Y0 d( [( y" _

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

) x  P/ n6 ~' \4 `# ]) x* O+ w4.3、保护功能：

以下涉及过流保护、短路保护的测试。

4.3.1、过流保护：
8 p/ ^( n2 i! h" o, w6 w& W( w( P: L
: R" S' c* [1 b

4.3.2、短路保护：

& w3 e4 G0 l1 d% s- R功率计电流量程2.0A,开启平均值模式测量。

; O( U& f; \. u& O( R% z

5 D& Q" I% x' H/ u4.3.3、Peak_load 功能测试：
4 I3 k9 X" s; e+ e+ j* i3 `& I
( t8 M$ v8 v, [$ K2 D9 @; ~1 b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。

8 k  U. H0 Y* ~. _& l3 B, D

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

& M. h2 b/ Y# U. a

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)

AC90V_5ms

AC90V_10ms

8 I( e  z4 x& N; d" U: p

AC264V_5ms

AC264V_10ms

4.5、系统延时时间测试：

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

% i' P0 X7 h- _9 n- U" M( n) `( O9 o6 A

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

8 {# y2 D4 o! C; G, y5 K( b

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

4.6、其它重要波形测试：
1 z% l( ?) }  R
7 |% @$ u3 C2 u; W1 Q

AC90/60Hz，100% Load CS 波形

& s- G# {+ |& z4 V+ `" Y0 M

AC230/50Hz，100% Load Gate 波形

AC264/50Hz，100% Load 输出肖特基波形

9 t8 i. u. L: o0 _

AC264/50Hz，100% Load MOS-D 端波形

05、温升测试

# u" g& n( K2 a# S* A测试条件：带外壳在40℃环温下长时间带载3A 老化。
1 n& f! ]0 t; l
0 ?# ^. Q9 l: n) M

06、EMI 评估测试

4 R3 q5 P& I4 O0 k测试条件：

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）
! }8 [$ M5 s) Q9 j% G, g5 Y" z5 o
4 V8 Y8 w6 V2 y8 N  R* [

AC115V 传导L 相

1 P& S5 z' U# F0 Z( U( L

AC115V 传导N 相

AC230V 传导L 相

* {/ }* n! h: M4 W/ u( X

AC230V 传导N 相

AC115V 辐射

AC230V 辐射