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。

01、样机介绍

1 E8 R" x" A" m# b1 G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。
) H: O5 N7 l  @; O8 W+ A$ T- ~

CR6890H_20V3A 工程样机示意图

/ Y7 F+ b' q2 vCR6890H 芯片
5 c  N& {& \1 K8 N- L5 U
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。
+ S9 M6 d# r% Z$ \) X7 \; \
( F7 Q  I8 p" J/ d特性

9 p$ G: ^8 m# X  `较低的启动电流 (大约3μA)

内置软启动减少MOSFET应力

带有Peak_load 升频功能；
$ j4 q2 Q2 l3 b) U3 p) L
CCM+PFM控制模式
6 F" X: o  `* F$ ]* l
内建同步斜坡补偿，消除次谐波震荡

* k* h# l7 [$ ^+ P% V$ _' U9 E内建频率抖动功能，降低EMI
7 b) Q/ Y5 q% m6 ^4 I; D
- H, B7 D4 o2 o1 h内置65kHz开关频率

  x0 c  S* R9 u6 c& x* u轻载降低工作频率

15ms倍频模式

可编程外置过温保护并进入latch

VDD过压保护和输出过压保护功能并进入latch
8 \- `% j0 b( F0 o. t$ k0 O$ d
内置前沿消隐电路

内置输出二极管短路保护
4 Z, p- w4 S2 F# w( {  |5 }
内置过温保护并进入latch

& i4 K+ [$ b+ I( d4 k" x5 k过载保护

SOT23-6L封装

$ h3 z9 n; J# D7 o1 T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。
% A- R2 A" A6 r7 E
基本应用
" ~. c; w& }% A" T
AC/DC适配器
% A# q+ Z- E9 O6 `8 J& J! M
电机类适配器

充电器
( E" `9 j( b" P* O+ h
存储设备电源
) L5 c7 X' L% @6 ^
% G! b, k, `1 S, x  \" t典型应用
1 ~0 H. \* H3 ~1 r

管脚排列
+ o, d9 s; ~. B+ M
' l3 [3 e' p8 N5 u+ f

管脚描述
' k( P7 }# I- ], B1 q. S4 g9 {
" [1 {% f" O: R4 N, Q+ i4 Q

: M1 L2 }/ c1 u* K4 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。
5 {2 z" b2 ]) 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。

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。

, @* H* @# a0 y" L6 h4 A02、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: g7 E% c7 b% f+ h2.1、输入特性：

, Q4 m; F. k9 F: J# ]5 X2.2、输出特性(PCB END)：

% j5 E- m- ]$ n2 O% ~2.3、整机参数：
) `; r+ d& ]9 b5 W

2.4、保护功能测试：
5 `1 L3 O6 ?+ G* _. d

; Z4 f5 A& G- C2.5、工作环境：

) N. w3 Z6 U9 {
5 [& Y0 j( P+ \, f. u2.6、测试仪器：
5 x6 `2 g9 d3 |- A: ^7 _& ^- {

03、样机结构信息
7 p7 N; H5 S& e" T; F+ X! {4 M
: r4 e+ _! z( Y' V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。
1 c1 D5 @$ v5 \( w" d
3.1、电路原理图及BOM：
+ j; U' `- m4 O( J& i
1 ^+ _3 G. K0 x1 R9 X4 {3.1.1、原理图：

3.1.2、元器件清单：

9 h* y- I; Y7 S9 ^3.1.3、PCB 布局&布线：

PCB 顶层布局

5 S5 S5 f0 f- i+ a

PCB 底层布局

4 O& O9 k0 \# R) f& y) q

PCB 底层布线

3.2、变压器绕制工艺：

3.2.1 电路示意图：
. a# ~, e4 |$ U' h, f

* O0 z$ k- d; Q: b, z1 V3.2.2 、规格参数：

, R8 K* D% q; r1 ~3 n3 b6 ]9 U5 L1）骨架：PQ2620 磁芯（5+5PIN）,Ae＝119mm²；
8 p5 z. m: t! c: {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；
, e/ k5 m: J- `& F' t7 c9 p( b4）N1 N6 N7 绕组从变压器针脚B 进线从顶部A 出线，磁芯接地；
2 J7 X: p" j, u! U" u) c5）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）；
1 u. I: h  Q2 S# L7）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；
6 @3 |* j8 u* e) f9）成品要求:浸凡立水；

3.2.3、变压器参数:

5 E. t' ^8 u% d6 `

$ g' O% x0 n* s% W* W0 ]2 }( M( R3.2.4、变压器结构图：

1 x: d) i2 U* c04、性能测评
/ y2 c& p: u% \' u/ c" Y* R' w
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。
2 l" _% A  f6 B$ g
4.1、输入特性：
  ^; b& c; J% A2 t7 c2 X$ b
& c1 @& w9 z6 m! U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。
6 z  X$ n) K/ g5 Q  h$ [* D
, \8 _: A) q$ `& Z6 `  z  N/ t4 f表1 待机功耗
4 X$ z- B- Y! i

! ~( t" D5 _" t6 H2 a* N7 W' n: W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）

# {8 D. h9 Z! }& E2 j# n1 w表4 效率测试（PCB END）

表5 能效等级评估（1.5M 18AWG Cable）

4.2、输出特性：
$ r3 y+ g) c, f( _
4.2.1、线性调整率和负载调整率: （ 1.5M 18AWG Cable ）
1 D$ U" ^" S- `; m4 C, o9 Q9 n

5 F8 |: @& I# u' m/ I
4.2.2、输出电压纹波：

5 f8 R/ {$ u7 }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。
# u3 P  E$ ^% {9 q  r4 V  m
- F: x7 Z7 f+ S. V

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

$ O( ^1 W  N% G7 L

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

R&N @ AC264V/50Hz,No Load

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

4.3、保护功能：
# k. V; q: T! s4 [: z
2 t: g6 P) z7 \/ R# {以下涉及过流保护、短路保护的测试。
$ c$ Y% X6 o8 U  P! n% ^: `
7 r6 y* X1 w& K# _' v* K- M4.3.1、过流保护：

4.3.2、短路保护：
3 ?& H3 ]; k9 {7 `) C# o% z
0 s' T, B7 j! L2 n' ?9 P功率计电流量程2.0A,开启平均值模式测量。
0 p4 e" M$ X, A" O: i) A

4.3.3、Peak_load 功能测试：
' P6 O6 |# e5 G
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。
7 k* T( S3 V& ~
- o& l, {, t3 o2 R$ L

AC115V 发波周期12.6mS，Vo 最低15.6V

" |& a. f9 Q% E. P- s" M  P0 X& V) Y

AC115V Peak_load 功能升频151.52KHZ

AC230V 发波周期11.2mS，Vo 最低18.2V

! U7 H- I8 E' s, ]. R

AC230V Peak_load 功能升频151.52KHZ

+ G' h4 m2 }0 s1 N4.4、动态测试：

: C1 Q( Q' s- {/ o7 m: S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)
* u7 H* {" ?- e4 h" l
3 q& u$ ~% t$ _/ ?, e; G

AC90V_5ms

AC90V_10ms

( V7 d; ~6 p; k" J& o* N6 |

AC264V_5ms

2 q7 |* |3 {8 }' |3 `; j

AC264V_10ms

4.5、系统延时时间测试：

& d7 ?8 k# _% p+ ^; }

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

/ A! x. p% U5 b( K$ X' B

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

: o) K% w+ r% A% N* X( i

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

6 `! j6 O- \3 Z3 e& I% I

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

- q! j! f0 |. s7 f4.6、其它重要波形测试：

% Y# N9 K0 B! ?

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

0 D( A  X- ^. V+ [# T5 d4 F. t

AC264/50Hz，100% Load MOS-D 端波形

05、温升测试

测试条件：带外壳在40℃环温下长时间带载3A 老化。

; L% M9 J6 f) C' `4 \& C1 S1 R

; ~: `$ Z: |5 Z$ n( U; T06、EMI 评估测试
5 s; i6 Y6 ~+ v) @6 @
1 K$ h- t8 D# _- V' h+ [测试条件：

输入：AC115V/230V；水泥电阻阻值6.67Ω，带线1.5M 18AWG 测试；
: j, h- A; Y$ _( }; }, G限值标准参考：EN55013、EN55022B。（测试结果仅供参考）

4 K4 @+ {( b: X

AC115V 传导L 相

+ n( v3 c, E& e- T' I) \+ M" y3 ]+ i! V! f

AC115V 传导N 相

AC230V 传导L 相

% ]% c9 I# g' B# b. b# N

AC230V 传导N 相

AC115V 辐射

. M4 d- a2 A; y" m2 A3 _. F

AC230V 辐射