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。
) ?( I6 T: |& ^! c$ M3 ]5 N
01、样机介绍
; U! E; ~1 E6 N' |4 H" i! x$ Y7 s% H
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。
2 ]# O% |7 j' N
$ k. q4 a" Z3 \

CR6890H_20V3A 工程样机示意图

& a& ^, H  s3 P5 b2 fCR6890H 芯片
) B  z3 j3 v6 Y5 w- n6 C5 P" m3 a( 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 n4 x2 P+ o7 @/ O9 Y特性
0 v: q0 C1 T3 `' K) G2 Z( a
较低的启动电流 (大约3μA)
- t2 S1 K4 d& B
% [2 L# o4 ]8 E! x4 [; F内置软启动减少MOSFET应力

带有Peak_load 升频功能；
5 T$ m  [6 y+ P4 b2 `, r3 o
" J4 `$ x/ [5 a5 y0 C. U/ wCCM+PFM控制模式

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
2 ^) G1 S! }' e$ E4 a( s* X/ \7 Z$ J
; p) Q4 H! U$ @5 @* O& y内置65kHz开关频率
5 |8 |6 B) v9 L. ?0 {# G5 z
0 c% }& X7 Q8 g: e8 \轻载降低工作频率

15ms倍频模式
* q: e; b$ E& m' N# t
. J- _. S3 e: J  A$ M" }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

  Y9 Z( T6 c  H8 l5 r% b内置前沿消隐电路

内置输出二极管短路保护

: }7 z0 R) X* O1 a, ^( |内置过温保护并进入latch

过载保护
9 q- ~1 g; f* E( |; a  e; W* w
SOT23-6L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。
. U7 x7 V0 `5 q& z; R1 x  i! K) J  s
4 ?+ ?/ A- D% ~' j+ F. W基本应用
- f; O3 z0 a6 ]$ s" K3 P
AC/DC适配器

电机类适配器

充电器
" s' t* C1 B7 F( u
  _$ N( N' [8 z. z+ J& ^存储设备电源
- h' i0 d8 z1 r/ s
2 T) A+ b' A& Q  X2 a8 d典型应用

, p" ^, y, C7 t1 c3 b管脚排列
; \. x1 S7 B7 F3 Z2 h6 W4 T

管脚描述
9 Y: J; p2 j8 S% W% Z

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。

7 j: s  h6 T7 ?( T8 s" a) R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。
: s: K2 i% W' N
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。

4 U5 Q4 M- M0 I$ d8 X. y" J- n02、样机特性
5 s' O/ B' o; e/ w0 G( T3 K: N
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。

2.1、输入特性：

2.2、输出特性(PCB END)：

5 M; u( S/ Q5 `6 d( i) H
% }: \. k) g$ p. L! p' ]+ L/ F2.3、整机参数：

2.4、保护功能测试：

: R5 M4 `- s/ Z# f# j2.5、工作环境：

2.6、测试仪器：

03、样机结构信息

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：

6 k" t7 I/ k: o4 c# ]2 Z

" Z& q( g0 [6 T' N# x. [3.1.2、元器件清单：
) A) k$ N6 d3 ~% S# ?% U- n- w- @, Y$ k
/ m! H9 I: x) l0 E2 X

; ^9 w/ _8 @: ^# |0 [+ \8 j- c- \3.1.3、PCB 布局&布线：
, S& a( `) m/ }5 A2 A

PCB 顶层布局

PCB 底层布局

PCB 底层布线

3.2、变压器绕制工艺：
8 z. E- {& }1 w5 I0 s
0 S" ^6 ?% U5 F3.2.1 电路示意图：

3.2.2 、规格参数：

: M( d" `* i, S+ B  m1 U/ e1）骨架：PQ2620 磁芯（5+5PIN）,Ae＝119mm²；
. R% [" \$ l  m3 H- x% y2）材质：TDK PC40 或同等材质；
/ z3 X& {2 u: D) k* t+ O3）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；
# Z6 h, K+ t7 [% l/ ?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）；
$ z1 J+ m$ |( B% X) ?' q# O7）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；

3.2.3、变压器参数:
( i0 j& u2 C  U# L0 n  `

3.2.4、变压器结构图：
3 N# L* A0 S- z  h+ C8 L

04、性能测评
, `! v, M. g8 n9 H- @
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。

' t0 c- o# N/ c4.1、输入特性：

; W& D; Z+ d1 f6 m; S/ d: M: S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。
/ l% {+ S) R5 N& @! `5 b8 L
表1 待机功耗

1 E+ w) T/ u- f; W表2 输出接1.5M 18AWG Cable100%负载下的输入特性
& W3 P4 P6 T, f/ r8 Q

表3 效率测试（1.5M 18AWG Cable）
; z  X) |) Y  c1 H- j$ Y

5 b# @: x6 i( J% D7 ?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：
+ r& y' n  V# h+ ^4 U+ }3 b
4.2.1、线性调整率和负载调整率: （ 1.5M 18AWG Cable ）
* J) [0 F% @; N2 a

7 O7 s: k! {8 ^- A. e
4.2.2、输出电压纹波：

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。

, V2 l& ]/ W; M1 L, a% ^" |$ Y; P

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

: R$ J& {' d6 T# f

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

2 f+ }+ O+ ^* e( t3 ~1 D

R&N @ AC264V/50Hz,No Load

3 d! ^6 b1 i2 T# ^( t. ~$ V" _; |

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

4.3、保护功能：
: y" w) R/ q0 _4 H
以下涉及过流保护、短路保护的测试。
2 @3 Y; f) t9 h+ E( H: L
8 E# z2 C, R7 c- v% H: ^8 O# ]4.3.1、过流保护：

/ W' n  H* g  C4 h( [( ^5 p5 ]; L

# W( W0 q7 F# K' h# Y4.3.2、短路保护：

: x/ T- [7 {  q+ Y; x% H功率计电流量程2.0A,开启平均值模式测量。

. K; {9 d( y; l  o! T4.3.3、Peak_load 功能测试：
& Q9 k0 O) r' i/ d- V5 K
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。
* Y  H# T4 D8 K! b, x; z, |
# a8 U' L/ ^2 R# E; p% A* f

AC115V 发波周期12.6mS，Vo 最低15.6V

AC115V Peak_load 功能升频151.52KHZ

0 W4 S5 c5 v5 B9 J

AC230V 发波周期11.2mS，Vo 最低18.2V

$ a2 Q, c8 \0 d) Q0 q

AC230V Peak_load 功能升频151.52KHZ

4.4、动态测试：

) V: Q' q! b+ Z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)

! d7 U' r) _9 f0 V! I: U

AC90V_5ms

AC90V_10ms

& ^3 X5 ~$ {2 c$ A! e* A; B

AC264V_5ms

* c, y0 K( L' ^

AC264V_10ms

2 w5 c: A# v, ^8 O! N) Y4.5、系统延时时间测试：

, x: b) L# w4 i

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

8 [/ t0 [9 {1 V7 _6 y, N- b' \4.6、其它重要波形测试：
6 G* Y( @$ z3 E/ x

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

AC264/50Hz，100% Load MOS-D 端波形

+ h+ F" T3 y* a" |' W05、温升测试

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

2 O4 t# x* X9 P9 W测试条件：

: P, ~: {" U. p1 o输入：AC115V/230V；水泥电阻阻值6.67Ω，带线1.5M 18AWG 测试；
; R4 `6 c6 |- F# o) f限值标准参考：EN55013、EN55022B。（测试结果仅供参考）
; u5 h1 C# T8 X, f- w8 T  e4 j7 d
% T7 a% m) u- f1 b/ M2 m

AC115V 传导L 相

AC115V 传导N 相

AC230V 传导L 相

: e: `" H! Y* G, r2 Z

AC230V 传导N 相

AC115V 辐射

AC230V 辐射