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

, H: ?/ {1 ?/ [* }" h
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

0 `; s, y0 R; 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。
7 W: ?. O( h. Z  H; A  f

CR6890H_20V3A 工程样机示意图

CR6890H 芯片

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。
2 K% k% H5 u% O7 n, c9 E7 S
( Y# ?$ M& P$ P3 C$ |  A$ a特性

较低的启动电流 (大约3μA)
( f  \, |& o  b! g6 ^, I  M" A1 V9 u
内置软启动减少MOSFET应力
( E" g2 i# R! Y, o$ l( n
带有Peak_load 升频功能；
4 v: I' }* S6 Q0 _# r1 m/ v! q
; W9 h; d7 K+ O& xCCM+PFM控制模式
  s, V5 o' h( L& v8 M4 [6 i
内建同步斜坡补偿，消除次谐波震荡
4 k, W- d0 D5 _4 V) K% i  k$ j
/ i5 \  R8 e# Q! S- P% I7 g内建频率抖动功能，降低EMI
( y# b+ h, C8 h8 t& e
/ o3 A& F# O- d/ y  w: ^5 H内置65kHz开关频率

轻载降低工作频率

8 q* @% u# u9 e8 e15ms倍频模式

可编程外置过温保护并进入latch
- I. P) A8 Z& y! t$ I$ q
VDD过压保护和输出过压保护功能并进入latch
2 j* x7 x" i# J! H* _
内置前沿消隐电路

  {5 v, {3 C; b9 y! P内置输出二极管短路保护

内置过温保护并进入latch

  B! @$ O1 A4 W. I. u. H% V  E" B& x过载保护

SOT23-6L封装

# O) v$ l; @( \% W. W' p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。
- f0 C" v. d* s
5 ?2 r/ M; \0 ?9 ~1 e/ ^+ F基本应用
5 h- i" n/ Z0 r" o/ o/ I& U
1 D& s# _  d0 _* G* D+ y: sAC/DC适配器

/ p) Z' K8 |+ a$ b电机类适配器

充电器
# m; }: g. E. g
存储设备电源

典型应用

管脚排列
( v& T0 i/ g* B" Q, Q

管脚描述
2 i# h6 n9 W8 }* R1 G  M5 u! u1 B$ R

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。
: a6 R* \" \9 w4 ~* F7 V: W. s
( `3 p. w) k# V- z/ y9 N$ O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。

6 o( C* B) `2 o# m" t, t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。

- C8 d. Z9 l! X/ u02、样机特性
+ V7 v/ s$ R: p
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。

$ X! M0 G- ?( k& i  A2.1、输入特性：

0 i- h! `  j% t7 X* T' t2.2、输出特性(PCB END)：
- D4 N( Z& Q/ o  q. d" @8 G) K# o

0 ?# q8 W) k6 N8 e# E* ?( ^
2.3、整机参数：
$ V6 A5 R& d/ ?) t4 Y* F5 b

2.4、保护功能测试：

2 Y- E& A4 ]+ t: [9 l2.5、工作环境：
$ `" E, l3 q( L. }8 q) K& p8 c

' s! D- ~* ]2 d9 V& G2.6、测试仪器：

03、样机结构信息

9 x6 F* R* z7 X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。

( E  v8 P$ l' v3.1、电路原理图及BOM：
5 b: J1 g6 @# `3 a7 x3 b
% c) u+ M9 X5 z6 V: w1 A3.1.1、原理图：
4 R5 c7 R7 ]" j

& n$ T5 n3 x  l3.1.2、元器件清单：
4 ?* T4 y. m  m+ g* F6 ^  i

* _0 A7 t) H9 n3 G8 K5 x9 j: i& q3.1.3、PCB 布局&布线：

, u6 O; U; `7 t3 X

PCB 顶层布局

* P& c1 c: N! d! M( \9 x

PCB 底层布局

PCB 底层布线

3.2、变压器绕制工艺：

3.2.1 电路示意图：

3.2.2 、规格参数：
3 z; Y' b& o7 q* R
1）骨架：PQ2620 磁芯（5+5PIN）,Ae＝119mm²；
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；
  j- J0 ?5 q  g% a: h3 Q4）N1 N6 N7 绕组从变压器针脚B 进线从顶部A 出线，磁芯接地；
1 O% v* g: b" Z% n5）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）；
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；

' o, K: p; g+ L" d* c3.2.3、变压器参数:

& _3 i3 J) P9 J, ]

$ i' Q5 p8 v0 w4 N3.2.4、变压器结构图：

2 d) q& g; Y2 H  d2 ~04、性能测评
0 c9 ?$ |1 O0 C  W$ O( l$ x: E
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。
, }: Y; I1 R6 O& X* r- H/ j( \
& c% Y  l, }& Z$ k- g4 b7 }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。

! z5 `. p- r: F7 X7 a7 q# U+ h4 H/ X表1 待机功耗
6 E0 E; H7 z# H$ j+ k' |

1 x2 O' F6 g* `* h! Y2 ]& b+ V+ x1 y7 b表2 输出接1.5M 18AWG Cable100%负载下的输入特性
- D) ?' M, }7 w5 L3 k

表3 效率测试（1.5M 18AWG Cable）
; e4 g9 N* U# U3 Z3 l& `

表4 效率测试（PCB END）

7 {, E1 e! e7 f表5 能效等级评估（1.5M 18AWG Cable）
3 e/ b. L: t: ?* ^) m. S: N

4.2、输出特性：
0 }" B! q! v% g( E; a0 h
- r' r' e# N6 m, Y. d4 L4.2.1、线性调整率和负载调整率: （ 1.5M 18AWG Cable ）
( C% @1 L. S# t3 U

; L! Z' i8 ?9 N3 z. s. q4 x
4.2.2、输出电压纹波：

4 |4 [- W; M9 Y0 V- n4 `* i7 h* X/ u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。

9 k3 u  L7 Q, a5 u) c( v, N

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

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

R&N @ AC264V/50Hz,No Load

+ m5 C( P3 D3 E: _. ?0 `+ D: }

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

3 m, Z+ y7 I7 ]$ D0 _. s7 @4.3、保护功能：
+ @1 O( T+ e4 o; _& i/ G
7 ^+ D) `  |3 k  Y3 D以下涉及过流保护、短路保护的测试。
3 o0 i5 v' _9 i7 Q- D1 O
4.3.1、过流保护：
0 O  B, i/ a; m, ~$ R7 [& @

* E  x6 n( ?1 \2 V1 b' v4.3.2、短路保护：
5 `# O/ \  y  R, ?3 p6 s
& x& F- N& Y6 ?( X, t  G功率计电流量程2.0A,开启平均值模式测量。
5 T" k0 m7 l9 v: B* s- O

4.3.3、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。

% z5 r- u/ |  s/ z0 T6 u

AC115V 发波周期12.6mS，Vo 最低15.6V

' z% Z6 f7 F9 d% ~

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

; o! [5 `4 K5 t6 D! m6 S4.4、动态测试：
1 l4 P; g4 E+ 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)

AC90V_5ms

AC90V_10ms

- J5 Z6 i& b6 j7 n  r5 P7 P

AC264V_5ms

AC264V_10ms

9 h$ y9 L6 C) u+ l4.5、系统延时时间测试：
7 e6 Z0 t; g1 _9 b3 ?# B
' }  i$ s. h- U& ]/ b

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

$ ~! k( V5 n$ {. j) c+ d  h% m

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

! U  P! i+ U. ]( ^+ V! M+ I+ b7 o: @

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

4.6、其它重要波形测试：
% D+ X3 ]$ r0 k2 h3 G8 \) p' ]

AC90/60Hz，100% Load CS 波形

AC230/50Hz，100% Load Gate 波形

9 {2 m6 @7 A$ t- v; Q

AC264/50Hz，100% Load 输出肖特基波形

* u5 `1 g6 j; _: W' h8 k, t! F7 b

AC264/50Hz，100% Load MOS-D 端波形

05、温升测试

9 m- s6 F4 [2 \1 E, N; T测试条件：带外壳在40℃环温下长时间带载3A 老化。

9 z: W8 ?( ]' k$ h1 C" |$ J06、EMI 评估测试

3 [! W% m! W9 H2 D5 }测试条件：
4 `5 m3 F/ O* x1 c  c+ c
8 T) i+ t! M- j" u4 M, T7 Z$ Y( }输入：AC115V/230V；水泥电阻阻值6.67Ω，带线1.5M 18AWG 测试；
; f# Q4 x0 _$ {8 {% A! s3 C限值标准参考：EN55013、EN55022B。（测试结果仅供参考）
* l1 R! @$ r# N8 H* f$ S6 t

AC115V 传导L 相

  d' L$ E! q% z3 x) d! P/ {

AC115V 传导N 相

AC230V 传导L 相

2 l  L- Q! f& k7 R  D7 \

AC230V 传导N 相

AC115V 辐射

- A7 X& B0 S! `4 d* c- J. d+ ]/ ^4 h

AC230V 辐射