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

" \5 p1 D$ R7 V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

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
6 I5 Q& M  W4 ?5 C
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。

特性

" s, `5 ^/ n" B* i4 N: E. ~  _较低的启动电流 (大约3μA)

内置软启动减少MOSFET应力
# _# M8 s0 ^) U
带有Peak_load 升频功能；

CCM+PFM控制模式
: {2 D  B. \4 n' e( k
) G1 L! w. `7 c3 R内建同步斜坡补偿，消除次谐波震荡
+ K% J. M9 v1 U* R3 E) x: {
内建频率抖动功能，降低EMI
2 c7 x& {: T0 J4 E' y5 U" @) e+ ~
内置65kHz开关频率
, C% O( f% N% a2 u! W! z
. T  @4 Q. C$ E7 f: q6 Y! E轻载降低工作频率
. L4 @4 e$ Z0 y( ]
15ms倍频模式
& ?2 n2 Z6 d; _: h9 \6 V
可编程外置过温保护并进入latch
2 I( T' ?) U# c5 f- D1 b% q
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

内置输出二极管短路保护
8 v) ^& l8 p- A7 Z6 l
内置过温保护并进入latch

过载保护

. |0 `$ b: I% w3 bSOT23-6L封装
4 A5 y# c. W( t' D, p* n
0 p% i+ {8 s/ b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。
1 F0 \( k3 c. T
$ M0 R; P/ k6 c# N7 u) c基本应用
( I5 h" l0 Z5 f7 r8 }
0 y( J/ X4 W' I9 M1 L1 gAC/DC适配器
4 J5 J0 f( ~4 Y! \8 \+ Q' j3 k# e
电机类适配器

+ ?" d' P8 B# f  c% p; t8 a& A% g充电器
  Q: {) H: r! B$ A8 C
/ s; ]" i8 J- |2 Z( T, Q/ ]$ J7 L0 ?存储设备电源
! l0 `' s1 p, p0 F  f7 R
' ?$ I- o5 X6 V" m8 C& Q+ d典型应用
' s2 O8 z  [- S" h# ?. x0 v

管脚排列
6 H; t- ^! S. ~5 A
' H3 R: }- \- e6 x  s

管脚描述

8 s" F, O" c) z: [8 E9 n( D

0 {0 [: H1 r4 T/ y2 {0 {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。
3 l5 I4 m0 U- E7 {
! v/ P& d4 J* F4 u. i9 I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。
( n0 z8 V3 E+ k; {9 R
! q4 x0 t1 G1 J& m3 \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。
) Z) v; c+ |3 n, `) q6 R$ @- Z4 }8 y
& z! E( u' P* |2.1、输入特性：

2.2、输出特性(PCB END)：
5 b% ]- _. W  k# A+ h0 k2 Z2 e2 Z

: H! X/ z, V, y/ @* w
. N; e; ~8 M/ e: }7 w  V; H. O2.3、整机参数：
7 Z6 F& @* V& w  T4 _

" C$ I5 w+ G7 Z8 }' L2.4、保护功能测试：

2.5、工作环境：

5 A7 L  G6 Z/ R$ f/ H4 `
2.6、测试仪器：
+ m6 t6 f+ a5 s5 J6 ^* e

03、样机结构信息

+ o& C* @% ]6 D' K6 d) `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。

: p- u9 Y" ]7 K& k+ ~3.1、电路原理图及BOM：
1 g) h; k1 x( p- C8 {
6 F7 J6 t$ R5 Z! J) j3.1.1、原理图：
7 |$ i5 R% ^: M% G( |

3.1.2、元器件清单：

3.1.3、PCB 布局&布线：
- @# ?* c& V. o/ h1 W

PCB 顶层布局

PCB 底层布局

1 j1 ^; I, h2 F5 c7 i* X

PCB 底层布线

3.2、变压器绕制工艺：
' \  \; _& [# u% P6 Z
3.2.1 电路示意图：
( C  A. O5 _' D7 G( g

2 S' ?  K) D1 K$ m3.2.2 、规格参数：
- F8 Z! e4 g1 O
1）骨架：PQ2620 磁芯（5+5PIN）,Ae＝119mm²；
2）材质：TDK PC40 或同等材质；
! G4 b  a/ y. l& j3）初级、反馈: 2UEW 漆包线；次级: 三层绝缘线；
7 v" L3 l" ]$ A" [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；
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）；
  T  D4 y' B* m" i+ {# Y! _" X( V1 N7）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；
$ l& ^1 d% }7 s- H8 ?. {9）成品要求:浸凡立水；
/ q- |6 N5 {* R( K6 `
$ \) m( N* t$ Z1 N3.2.3、变压器参数:
' z8 P5 o  l9 c; Z* D5 e

! b6 U' N8 ?! Q, Y; u3.2.4、变压器结构图：
* E3 {0 o* a2 K8 P. I6 b9 W. Y

04、性能测评
! K0 {" C; |- w; G+ M' y* G; u# ~* y
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。
) L  F& d; Z6 V. k4 T% ?; M  X+ F
表1 待机功耗

" v1 H7 \6 f9 j/ B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）

( J; V3 T# T* L: B4 m" q, |# L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：

) y& [  _" k  G& W. e4.2.1、线性调整率和负载调整率: （ 1.5M 18AWG Cable ）
" A& I9 @0 O0 d; l

$ U3 _' K/ r% s$ l" p4.2.2、输出电压纹波：
2 s+ y5 p& B+ U, f5 e( c  [
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。
7 ?0 u  W& M) B+ I7 H0 M7 \( r

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

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

4 `2 x7 l9 s# m

R&N @ AC264V/50Hz,No Load

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

" ?. @% R- x4 m# i* @4.3、保护功能：
1 A; ^% z% l! B# T
# x# O' g2 `. J% Q( r# v+ v以下涉及过流保护、短路保护的测试。

' K3 q/ ~& Y$ j5 h4.3.1、过流保护：

6 U7 u2 \4 P. |% ^( T

4.3.2、短路保护：

功率计电流量程2.0A,开启平均值模式测量。

4 I& @1 y' q$ D9 g% W" a8 T4.3.3、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。

AC115V 发波周期12.6mS，Vo 最低15.6V

AC115V Peak_load 功能升频151.52KHZ

, P% r0 V. ^- J( Z9 e: O7 A

AC230V 发波周期11.2mS，Vo 最低18.2V

2 l9 M2 o3 {8 r; ^9 @) G7 ~7 @% ]6 H" R

AC230V Peak_load 功能升频151.52KHZ

* z9 R2 M3 G2 x0 F4.4、动态测试：

; Z2 [# F# A( {2 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)
1 G$ R1 m3 z1 }; C
$ i; Q4 D* R0 k1 N- j' s

AC90V_5ms

AC90V_10ms

$ |. @( R9 |" C5 H! ^7 u

AC264V_5ms

* |" [+ z% D( K: u/ \; |, ?9 I3 f

AC264V_10ms

% X$ g3 \% r, m4.5、系统延时时间测试：

) I" M; t; M4 d. J

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

) y, S3 Q5 z& X* ^

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

3 a4 h7 k) R4 C% x0 O& Y

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

4.6、其它重要波形测试：

% X; E/ b, s5 q3 w

AC90/60Hz，100% Load CS 波形

AC230/50Hz，100% Load Gate 波形

  K4 l3 u: _2 [/ r$ i3 v0 _

AC264/50Hz，100% Load 输出肖特基波形

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。

06、EMI 评估测试
6 v' i, r3 d# z4 d4 N" i0 q8 D
( x6 r& b" R) A9 x" _  I1 N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）
  Z( m& B/ K# r) Y# E

AC115V 传导L 相

AC115V 传导N 相

AC230V 传导L 相

AC230V 传导N 相

AC115V 辐射

# w* ]8 |" Q! x# B$ q: L

AC230V 辐射