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

! S5 r$ r, `0 P
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。
* m  i$ g9 N) t) |. J
01、样机介绍
% d9 h8 k2 Q( Z9 [8 g  f$ E
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。
$ }  P8 ]) D* F1 y0 k& s4 n
( C3 Q+ |1 R2 a# T* M3 c# V1 G

CR6890H_20V3A 工程样机示意图

: z- j# Q6 P- |% T  k6 @$ {3 r" zCR6890H 芯片

& {  F. B& Z, G5 ^$ k: lCR6890H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

: N# J7 |( c/ K7 i0 U. j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；
2 ]* u9 _: f8 k' {: w
; t9 A$ g4 B2 I9 bCCM+PFM控制模式

内建同步斜坡补偿，消除次谐波震荡

1 R/ Y  D- s. `2 E  F5 g内建频率抖动功能，降低EMI
9 h0 T/ R# H. [8 z) k( P
# R9 ]: t$ i0 u& `3 q" C! h内置65kHz开关频率

% q- s1 }! |$ U* `轻载降低工作频率

# j/ M/ c' R. i& G% Z  ~! x15ms倍频模式

可编程外置过温保护并进入latch
" K9 N* Z! W9 l( m+ ?
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
2 d! k; J+ C$ Y! ~
内置输出二极管短路保护

内置过温保护并进入latch
. _7 t$ P& H8 a  I! s
过载保护
* t+ d0 q/ r. F* T" y; n
SOT23-6L封装
# P, L& w2 T& X$ T4 F
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。
; R& n) J4 k% m8 R, |
  R5 [4 R: c) R4 N& _基本应用
( [/ i( E8 r7 ^* l$ D$ m7 h
5 L7 ~: W  F+ |* IAC/DC适配器
% L2 u1 r1 r* }& |# z7 s
电机类适配器
* u: }4 I5 i7 i& Q+ \
" \0 i2 W: t3 N充电器

: u& ~9 G1 V9 q! v4 N! P* M存储设备电源

典型应用

7 ^7 L& Q2 H3 G9 D2 w5 I# e. F: k

管脚排列
5 ~& R6 u1 R1 ^5 b

管脚描述

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。
' K; ?4 W+ m8 l# i' o% r# W( a) W
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。

02、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。
9 V% z1 `8 ~" l/ ^
2.1、输入特性：
0 h4 \7 u) F; R: \% C2 ]- c

# n$ o/ g" k; r& Z
2.2、输出特性(PCB END)：
4 d! l3 u5 D0 b$ `0 W! m9 U

# S# o( ~8 `, w  X' o
) f/ T% o- J& v  q" N" {9 |8 q+ o2.3、整机参数：

0 l. Y( d' \4 c- @2.4、保护功能测试：
4 S0 F- i4 [" \. N$ v% p& J

8 w! o, ~, [. T& t, {2 v* L2.5、工作环境：
2 k( I" i0 m! B+ V# e. Y

# P- D  I  L1 O4 |. }
& }" T  z- W5 Y. B- w. ?& z; C2.6、测试仪器：

03、样机结构信息

8 K- K' {5 ^! \3 x- g* S- m$ l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：
$ E+ D# d% ^/ p& s1 _( v
" D: S  O- o+ `) [0 f% n3.1.1、原理图：

3.1.2、元器件清单：

3.1.3、PCB 布局&布线：

, E5 J! }3 m: \; I

PCB 顶层布局

5 o' `7 @" N" Z* @, ?$ w

PCB 底层布局

( M0 y, r' [0 O0 O

PCB 底层布线

3.2、变压器绕制工艺：

3.2.1 电路示意图：
& ]: o! Y) m2 w9 y

3.2.2 、规格参数：
% w; n) y- o3 C) ~0 }
( @+ D: ^5 D0 z8 B. d3 x1）骨架：PQ2620 磁芯（5+5PIN）,Ae＝119mm²；
2）材质：TDK PC40 或同等材质；
4 ?5 G& ]. Z9 Q* R% K3）初级、反馈: 2UEW 漆包线；次级: 三层绝缘线；
3 ?3 j( r4 g( h, i4）N1 N6 N7 绕组从变压器针脚B 进线从顶部A 出线，磁芯接地；
5）绝缘胶带:3M900 或同等材质；
5 Q% M0 q% V3 G! x6 M1 A/ L6）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；
, s: b7 I: C' c8 C# a# f& v& U8 ^4 f9）成品要求:浸凡立水；
  q2 H3 Y* ^& C7 G
0 Q2 k' V# r) |/ L( q  M2 G4 P3.2.3、变压器参数:

* C0 }! S& p( E9 U3.2.4、变压器结构图：

04、性能测评
3 d( X7 z& H" [- D
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。
: B+ {( P0 {' U! Q/ i4 n( x
7 ~/ v( g9 K# a0 o7 \6 v* Y4.1、输入特性：
' Q6 `. z% M# }, o, r# J8 B7 c$ r
4 q' N. O% Z. l) f% V( X% x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。
1 r9 W; K: n) M0 F5 @
表1 待机功耗

表2 输出接1.5M 18AWG Cable100%负载下的输入特性

: v/ N) o' T2 v4 z2 r表3 效率测试（1.5M 18AWG Cable）

7 z) U- }" b( X1 w$ E4 h$ t: B表4 效率测试（PCB END）
) G8 T# s7 O+ V) T+ A. E

表5 能效等级评估（1.5M 18AWG Cable）

# y1 W: |0 ?6 A, {6 d4.2、输出特性：
" S2 Q* K/ ~4 m4 T: ~+ G
4.2.1、线性调整率和负载调整率: （ 1.5M 18AWG Cable ）

* E: J: L- K8 K! b- a/ w' I! G/ Z4.2.2、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。

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

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

" x' @- q' I5 N" e6 W% U! m

R&N @ AC264V/50Hz,No Load

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

4.3、保护功能：
1 R$ a" T/ }7 _4 u
以下涉及过流保护、短路保护的测试。

$ Y% D: |, S7 V6 l0 q/ l7 v4.3.1、过流保护：
1 ^+ i$ \+ u: J) y' @
# x7 l. M2 w6 k+ c3 ]

) G' U/ C3 w8 v( H" p- V% O- f" F4.3.2、短路保护：
# P" l+ V, t. L1 [' M4 M
% N: o# p; S) m  W功率计电流量程2.0A,开启平均值模式测量。
* a! i, E7 [! y0 i* T0 W
7 i  x' i% G( V( u$ l8 _8 B

. U. L) v2 _' `4.3.3、Peak_load 功能测试：
' [  q( h4 _, Z# U0 j
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。
; J; i) t, ^# _" R8 d# V
9 V: `& b% v3 [9 i; B- |* |

AC115V 发波周期12.6mS，Vo 最低15.6V

7 _0 {! n7 v' Q$ F( e

AC115V Peak_load 功能升频151.52KHZ

' k; u; y4 n  |+ l- x! q

AC230V 发波周期11.2mS，Vo 最低18.2V

$ ~3 {* G- L5 |! T" I3 b* ^

AC230V Peak_load 功能升频151.52KHZ

4 A  [* m: k" h5 _* o4.4、动态测试：
  n2 u1 B  `; D+ x
. g1 L7 r4 K+ |5 |; e2 u! Y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)
  Q) f9 o8 N' j! U$ ?

AC90V_5ms

AC90V_10ms

AC264V_5ms

AC264V_10ms

4.5、系统延时时间测试：
. J  Z3 P8 d( R- G; U, j! \0 _" ~
5 C7 v5 Q$ t4 r9 ~/ F" k

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

) g9 g% Q, _, a1 v& m( T' p3 ]

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

8 I0 y/ ]5 X% e* D1 j

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

4.6、其它重要波形测试：
- h  g0 \7 ~2 n' ?
! E5 S: h- d3 {1 O0 z3 f

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

9 C  x' c4 r* J3 L/ Z, D$ T

AC264/50Hz，100% Load MOS-D 端波形

8 f2 J9 h- V- h  X7 ]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。

2 }3 n2 a  j+ P# {" j6 L9 B- A

& i5 B* {) m+ r* A2 D06、EMI 评估测试
. |" [0 j* w( y; a8 [
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）
/ e7 i% Y5 C& r
- b: Z* {! i* c, ^! J3 Q

AC115V 传导L 相

AC115V 传导N 相

AC230V 传导L 相

AC230V 传导N 相

AC115V 辐射

AC230V 辐射