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。
& j0 c3 u( I7 L; |: f1 `
01、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。

CR6890H_20V3A 工程样机示意图

CR6890H 芯片
" w! C& l6 _2 M
5 |* [) s8 H' C& y7 ]1 z) ~+ s9 O, WCR6890H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
9 Q& `. [5 c0 Y9 _4 h" W
较低的启动电流 (大约3μA)
7 D( X& a6 `7 i( b) J# }
内置软启动减少MOSFET应力

带有Peak_load 升频功能；

, v; ]% G! f' W: T8 jCCM+PFM控制模式
1 n6 c3 T9 `# D9 T/ n1 {$ E' P
内建同步斜坡补偿，消除次谐波震荡

. G" M, h/ J, b3 V, p3 X3 r内建频率抖动功能，降低EMI
6 \! L+ W9 o( f. X
6 u' _" u5 D7 `内置65kHz开关频率
$ \0 [+ A- D: ?4 U: {
1 b6 x+ H$ G) r; q轻载降低工作频率
2 L# J$ m+ X1 w& \! ]+ \7 |+ p
15ms倍频模式

0 e* \2 w) {6 B, V2 K) K可编程外置过温保护并进入latch

2 ~( z2 Y) X& Q' ^- l4 OVDD过压保护和输出过压保护功能并进入latch

' D' D3 [* A. `7 h内置前沿消隐电路
+ G/ l1 {3 j8 H% K# l! {
内置输出二极管短路保护
9 y; T# K* W1 h. E  h( V+ E
内置过温保护并进入latch

% h4 Y2 ?+ |* I/ j! L过载保护
" B1 R/ S  O* {3 M' T/ `
( _) T, S3 k! }; a% l$ bSOT23-6L封装

9 N6 N( ~) Z( U1 L3 l/ Q. q, E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。
# U/ E7 b  B* ]7 f+ c  w- T' L) D
6 m0 \9 ]# w; S, o' A7 w基本应用
1 O7 C1 ?% t, J0 Y# n# L. k
8 `- i' W% ?" M; m; F! o8 i# qAC/DC适配器

电机类适配器

充电器
* ^+ n- F5 o4 m' R' a' Q' [
1 q5 {% i8 R% R3 W; v存储设备电源

9 I3 Q7 f, Z' K9 A典型应用

管脚排列
- K4 z- q9 Z0 a' w3 q
7 I& B; ?5 n/ l; ~' {7 T

管脚描述
* \7 }+ l( X  ^) r! {
5 C+ X7 r4 W+ G5 M' M# y8 a

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。
$ T+ @" H& d, g. t$ B$ Q
6 i; r$ h% d- Z! P2 j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。

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。

, |  a& [$ ]" d0 `1 K02、样机特性

  ~0 U2 N* O: M% o5 j. _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。
8 f, r9 E  \: y" P8 E% _$ y
! `1 ]6 n3 g, n5 d8 W6 ~# \! M2.1、输入特性：

2.2、输出特性(PCB END)：

2.3、整机参数：
4 }( z- H' q, T. s

2.4、保护功能测试：

" m  p! g+ J5 W- q0 _% r! \! S& r' `) X2.5、工作环境：
" e" I# y6 Q/ v1 _  @) ?, r7 z

" K1 y. [. l9 ?1 \) b# D4 @8 R2.6、测试仪器：

03、样机结构信息
  X9 W8 b7 \6 s: R
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。
& D$ E, p4 S. P& f
$ K! h5 V& ^4 S! h; N3.1、电路原理图及BOM：

3.1.1、原理图：
# ^$ h6 L% n$ w- I/ h- n
9 K" l) `/ @" H: o( j' C

3.1.2、元器件清单：
( T" O! D' g" f

$ U! S# y% k/ A* [3.1.3、PCB 布局&布线：
8 o/ c& W6 b8 S; J% ?! u
2 }8 d% e- I+ Y2 c

PCB 顶层布局

PCB 底层布局

8 l; V4 K" Z! W

PCB 底层布线

3.2、变压器绕制工艺：

7 R& y! F' Z, u" I$ @- g. w3.2.1 电路示意图：
7 l: ^* l, A. _% U+ U, w5 b

5 |$ v- [) I$ _' S9 u; F& X; [- T3.2.2 、规格参数：

  c, |. ^7 C1 D- 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；
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；
8 p& f1 z/ C1 {6 @' g! X! M6 b1 C5）绝缘胶带:3M900 或同等材质；
: i5 _* z* U" M" l; ^% @5 Y6）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；

- K" h5 V& b0 V. Y1 C$ N" _6 p" {3.2.3、变压器参数:

* H# R6 F" r0 e% d( P- J% t. J: L

3.2.4、变压器结构图：
  v& r! Z% E# E. L2 d0 z; c

04、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。
  q# R  N$ z$ H* Y% h$ t
: l! R! `/ P; {/ l& `  W4.1、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。
& ^2 b+ R9 p4 K" q3 O# T8 m
表1 待机功耗

表2 输出接1.5M 18AWG Cable100%负载下的输入特性

表3 效率测试（1.5M 18AWG Cable）
( S# Z1 h' d( D" I' L

% Z) ^2 d" s  x  E表4 效率测试（PCB END）
" U0 Q; q$ a& M8 |0 i

1 u8 t% T2 x/ N$ b8 q" u$ Q4 Y表5 能效等级评估（1.5M 18AWG Cable）

6 d6 |; E/ Z) S0 f: s4.2、输出特性：
% c( V7 U9 i% r2 Q6 B" K* R3 {4 A$ @
4.2.1、线性调整率和负载调整率: （ 1.5M 18AWG Cable ）
, y' @6 s0 @5 C4 B( Y

8 `6 [+ L# Q* A! _9 `' Q4 M4.2.2、输出电压纹波：

. M' ^6 B- l! 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。

1 z4 x0 I/ {# k8 D. A1 U

8 |; ^9 |. R1 r$ A- p

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

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

R&N @ AC264V/50Hz,No Load

0 I. k  r+ R) |/ A1 I9 }

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

4.3、保护功能：
5 x8 q0 J/ e4 y' C3 h
以下涉及过流保护、短路保护的测试。
$ E/ l& Y# G, T. K6 k' @; [
' S1 u  V' |- B2 b3 c2 k4.3.1、过流保护：

& e: L" L' B- G2 J4.3.2、短路保护：
; @6 X! Y3 l- @( w+ x1 {
4 k' @& w+ {9 V功率计电流量程2.0A,开启平均值模式测量。
( V& K1 }; K" S: m
% S* M: C3 w, z

4.3.3、Peak_load 功能测试：

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。
/ v! O) L6 Y  ~" I1 C( {

AC115V 发波周期12.6mS，Vo 最低15.6V

% y  a5 V0 c- L: w4 Z# m

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

( r- B' ^- R0 X. ]- A7 C4.4、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

5 q1 {) N9 ?6 e$ |

AC264V_5ms

  o* I, }- R& P+ N/ q6 Y

AC264V_10ms

4.5、系统延时时间测试：
3 j* R0 U, y  S( A- P3 ~
2 `: B3 C  W4 l$ l8 z% V2 k

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

) b" K% W! c) K1 T4.6、其它重要波形测试：

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

& O) v& C$ B0 Y9 T2 e  s

AC264/50Hz，100% Load MOS-D 端波形

% R2 c9 W- x$ t+ n- L05、温升测试
1 @" o- z( c; r* n9 G
+ v8 F! G6 K9 N$ T' `测试条件：带外壳在40℃环温下长时间带载3A 老化。
3 ?/ o# V9 d. N7 o9 a* e2 m
6 \% z& X7 h7 g* S3 L4 j

06、EMI 评估测试
! g* I& i9 o/ v" J6 f. j# f  r
- w  `  D3 x4 {* s3 T, G" ^' k: `测试条件：

6 n2 B  C( e0 I! M' }( r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 S8 z5 A4 i) a1 P: M" I7 Y

AC115V 传导L 相

) ?1 s% b. M1 d% m0 E

AC115V 传导N 相

AC230V 传导L 相

AC230V 传导N 相

' J/ w1 ~7 q2 v, C$ }9 Y% X

AC115V 辐射

0 N/ P$ t& K' Q8 {- Z7 s# g

AC230V 辐射