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

3 ?- g" O/ {5 ]! d9 G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。

! n. ^  E# a4 i2 P6 }01、样机介绍

; T, E# [' E6 i; I: }3 Y3 e  D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

$ s" G7 V; R2 Y# G* s) \7 D0 XCR6890H 芯片
8 |- F& Q8 R4 O! O* X' C+ t
& G) `  g% H* m7 S) k; H" NCR6890H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。

& T5 Y$ [& v9 |. _% M特性

较低的启动电流 (大约3μA)

内置软启动减少MOSFET应力
" t4 y' Y. n6 e& Z* A
带有Peak_load 升频功能；
1 R* n5 c$ f, S0 u- w. G: e4 E
CCM+PFM控制模式
0 b2 C& K6 i1 q9 }4 }! B
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

内置65kHz开关频率

+ Y( I/ d4 v& a1 h3 S轻载降低工作频率

0 A7 B  s' f4 S" K" T- I15ms倍频模式

) C) E% E/ U0 J可编程外置过温保护并进入latch
6 V- B, a' l6 v. \3 c& Q
! l9 K; T3 J; Q3 `+ {+ SVDD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
) j5 a" B: r- t5 Y1 F$ G& ?* i0 l
内置输出二极管短路保护
6 t" i6 W3 {' I6 E& U9 o3 M3 O3 n% O
内置过温保护并进入latch

过载保护

SOT23-6L封装

. E& d! h! }$ p) i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。

基本应用

AC/DC适配器
  R5 _, B7 o2 _/ W% l+ B) E) X
电机类适配器
# M. G; d7 D" l- k. H3 M
充电器
0 Y: M: a9 H$ f6 B& A7 S
9 M, w% S0 h  i) `9 W1 G1 H3 \6 E# F7 `存储设备电源
0 _$ P: ]6 v, W2 @: |2 q
典型应用

管脚排列
3 [; `! e' C- L

管脚描述
  X4 I# @' e: d% {6 \+ j& q: p$ {
  x! a# \" j* S; Z; W8 V

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。
6 X( P+ s& g1 x9 ]- z) t
# f9 W1 @# Y- g  Z9 A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。

$ R5 _2 [8 w' g$ U/ u; ]5 `& r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。

6 i1 a" O! E) q( C& M6 M. V02、样机特性
; e1 S2 q! U) l2 E. _
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：

& ~( m& A3 l  u+ I
2.2、输出特性(PCB END)：
1 }' _2 I0 r: k* O' a  G

% M  ?; M% }' a. b2.3、整机参数：
8 O% L$ E4 t& _% v4 B7 A" O; J

1 H1 X  U8 T4 r; i8 z; G2.4、保护功能测试：
2 g% i. D5 a" W' b% }9 u) ~

2.5、工作环境：

2.6、测试仪器：
' H2 t) W. \" s& y6 S# {

03、样机结构信息

2 ?, _! }  y( Z- i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。

  }2 {& O2 o* }1 _, @5 ]4 s+ o5 X" q3.1、电路原理图及BOM：

3.1.1、原理图：
4 _. V0 |6 v+ c! c* W3 p( g9 l8 n

3 y" A" c& ~3 V3.1.2、元器件清单：
9 @" v6 h4 X: M; l

3.1.3、PCB 布局&布线：

" Z1 G! ]6 Z* H8 g

PCB 顶层布局

PCB 底层布局

PCB 底层布线

3.2、变压器绕制工艺：

& k' B" q6 @8 k3.2.1 电路示意图：
' Z. ?6 Z  h& ^) f' t7 q

& n# _7 \" p# l3.2.2 、规格参数：

1）骨架：PQ2620 磁芯（5+5PIN）,Ae＝119mm²；
2）材质：TDK PC40 或同等材质；
) X7 h+ t$ k) m2 f, e2 H" D3）初级、反馈: 2UEW 漆包线；次级: 三层绝缘线；
+ L, M4 v/ l( _5 g% L5 H9 M4）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）；
* M0 p) ^( i7 c2 x' S+ N* b& ~$ _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；

$ Z, `$ C1 R* Q, S4 I. g' D3.2.3、变压器参数:

3.2.4、变压器结构图：

04、性能测评

0 u1 K" ?" m/ d" V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：
0 U; F6 J' a: a6 o! ]5 o+ E
2 N4 L# ?1 b& p: S6 u# Z# }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。

5 P+ @* r( X/ f0 q' o, P表1 待机功耗
' U2 Q( V7 J/ M, Q: W

; }' f& |  U- \, z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）

表4 效率测试（PCB END）
  _+ p+ u1 L9 R: y  n

5 C4 {# n9 `+ o% M$ x4 ], y: d. N% G表5 能效等级评估（1.5M 18AWG Cable）
' L% ^4 h, Z1 x# D6 z% ?

4.2、输出特性：
) [. `- ~& O6 v& c# l6 [- {
4.2.1、线性调整率和负载调整率: （ 1.5M 18AWG Cable ）

+ l1 }, N3 R) ^& f- L! |0 {- o
9 L' E' w4 b. ^2 J4.2.2、输出电压纹波：
7 B1 e2 |- G# z. I  q
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

0 f2 {7 {- @- f) P) R% P

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

! n' Q% }1 a; m" w" Y1 p7 A, ~* l, I

R&N @ AC264V/50Hz,No Load

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

4.3、保护功能：
. t9 v1 d' x* h
以下涉及过流保护、短路保护的测试。

4.3.1、过流保护：
- f( C9 O$ s, L
' J7 V; |* u6 f: X4 i

4.3.2、短路保护：
. \) p/ r, R- }0 D
+ D, F/ P2 f7 N% x, J, O功率计电流量程2.0A,开启平均值模式测量。

: T( H- T0 S; L/ b: E2 R+ Z

4.3.3、Peak_load 功能测试：
+ k1 b) V. k1 J0 l
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

* L4 ^7 S7 I+ y9 i' W4 L

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

  n' \% a' x) _  @1 ]4.4、动态测试：

' i+ u1 t1 N1 k- j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)
7 O/ _# g7 R" I! N
4 ?7 B# B3 e) c$ L! k; P! k

AC90V_5ms

AC90V_10ms

) _' K- j& B3 q, `' b3 {

AC264V_5ms

AC264V_10ms

  z- }0 X% P; _6 y  `' ?0 G! _4.5、系统延时时间测试：
2 [: k6 [! I2 `
' v3 i  J8 r. Q

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

4 V3 e' H- W# @* n4 r% J3 a' s1 ]3 U

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

4.6、其它重要波形测试：

4 }& p+ I5 F# N4 J3 m* o/ N; b

AC90/60Hz，100% Load CS 波形

3 u  e# [: p5 K, A, @) @

AC230/50Hz，100% Load Gate 波形

! z8 s0 G; ~, m% Q/ Z5 ~, N

AC264/50Hz，100% Load 输出肖特基波形

& s9 \4 E1 t4 B" l

AC264/50Hz，100% Load MOS-D 端波形

/ q6 {5 |1 w+ l  L3 J% l. E8 _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。

: N- q0 `+ d. l2 }3 T  l% D

06、EMI 评估测试

测试条件：

! Q# X" S' L9 U; |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）

AC115V 传导L 相

) h4 D, K# g1 _

AC115V 传导N 相

AC230V 传导L 相

AC230V 传导N 相

AC115V 辐射

AC230V 辐射