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。

01、样机介绍

9 f5 _" ?) I. m# K% z, l8 D4 X# `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。
4 N! Z  |2 E* t1 \

CR6890H_20V3A 工程样机示意图

CR6890H 芯片

6 i2 f6 {0 W4 V* h$ V- pCR6890H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
& v  m* j' n4 L) m. I8 H
较低的启动电流 (大约3μA)
& I9 H6 B" r. M- A
内置软启动减少MOSFET应力
' E3 K" L1 `5 d0 L) l
: Y  v6 L, p/ _带有Peak_load 升频功能；

CCM+PFM控制模式
9 ^( W8 Z* S9 i, ^+ g. ^4 {1 t8 @5 n
! A8 M% N" F: Q) j5 t0 W内建同步斜坡补偿，消除次谐波震荡

) J% J9 K6 c/ {) {% Q: \内建频率抖动功能，降低EMI
7 n1 R2 ?9 A9 q& s
内置65kHz开关频率

9 u& {' p) i! h, h, _' Q- H# N5 I* ^轻载降低工作频率

15ms倍频模式
7 ^7 B2 f. W% e3 L: O
可编程外置过温保护并进入latch

  X6 k: f) J- X7 aVDD过压保护和输出过压保护功能并进入latch
, ?# q3 c. z' U* _9 W5 u1 M+ v
& a% b$ x, V6 p1 j, H% H内置前沿消隐电路
  B6 [9 P& k1 {
内置输出二极管短路保护

& U: c* X- O- B" i+ a( c内置过温保护并进入latch

过载保护

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。

/ P+ u% Q( i: S1 Y" t( n- m基本应用
! T0 t8 n) o7 J" I
9 w2 `. \: ?, ?3 ]AC/DC适配器
# B, S& U. e3 ]# T4 ^: v9 z
7 D+ s; b9 S7 M% A, B4 g' R电机类适配器
! T/ l- g1 d9 S
充电器
5 h  s4 b+ B: \9 f" ]/ _# n
存储设备电源
. v0 E& m0 Q# G, `
8 ]$ l$ T% |: g7 \典型应用

( t, J9 ^& V% z! L# R8 \/ t: i; d管脚排列
1 I6 ?8 {/ v# r9 j1 F3 t

管脚描述
$ w7 o$ L+ z. D1 j. ^* n) d0 H- f
! m% w) ], @5 N: X. D

$ r$ o' N7 I* r- n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。

1 o# O. q) V; D/ Y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。
- ~# l+ S6 w; B  g" }6 j6 ?
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。

! J, p& k; `$ T& \$ D/ K0 N02、样机特性

% V$ t- ?; D8 A" K1 F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)：
. T0 W$ z+ ^0 h3 v% K' n$ x

2.3、整机参数：

8 a+ y3 Y4 R5 w  _8 @8 S1 z2.4、保护功能测试：
% u# ~5 J1 }4 {' o) X5 G! }( @0 x

2.5、工作环境：
' U4 q1 v4 ^& N+ j

2.6、测试仪器：
2 b6 \! q# ?$ t1 _  n+ n

03、样机结构信息
+ J9 e+ T* j/ \7 E% x
8 r& x5 `* b, g! i0 P, s5 R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% S0 }8 S, e, f+ t; V5 @* H
3.1、电路原理图及BOM：
2 v) K, s! [/ n$ c- W
3.1.1、原理图：

7 ]# V+ B5 q5 Z1 M2 S- }( J

' z% |2 r1 `! E0 m3.1.2、元器件清单：
8 }$ ~/ P% @: B# H# A
6 p# p! h9 r' O( w4 s

3.1.3、PCB 布局&布线：

PCB 顶层布局

% o6 M% B* U) E

PCB 底层布局

PCB 底层布线

3.2、变压器绕制工艺：
- _6 x# \7 D% t$ f' e
3.2.1 电路示意图：

0 z% J; V" w1 J; `. U* B2 X" D! y1 L7 C3.2.2 、规格参数：
% |( d) ^8 v* B: b- G
" B$ z) c0 @+ ]9 {1）骨架：PQ2620 磁芯（5+5PIN）,Ae＝119mm²；
% `) ]) `. U. d2）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；
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）；
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）)；
7 T3 N5 g: {. q, d% _8）耐压测试= 3.3KV 5mA 1Min；
9）成品要求:浸凡立水；
6 Z8 n4 a: y$ }  P! I- Z
% l$ ^. O* s7 G9 ]3.2.3、变压器参数:

2 S2 u' q+ \/ A, k: ^3.2.4、变压器结构图：

04、性能测评
% _+ p# h, |# G' b/ W  g
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：
5 P: C; F# z4 W
+ V+ G. m3 Q/ c* y8 J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。
+ B, B4 V. z5 c2 c
表1 待机功耗

6 ^# g% R9 G6 r# T. _+ h表2 输出接1.5M 18AWG Cable100%负载下的输入特性

( u7 r% I% W$ j& q表3 效率测试（1.5M 18AWG Cable）
4 `  w! {  }  j2 H; a

# P* P8 S5 b& L& o! w表4 效率测试（PCB END）
5 I+ M+ s) ]/ ]$ O* I

表5 能效等级评估（1.5M 18AWG Cable）
4 T" K+ `: L4 I% f! [

/ ~- U; P( @! Q4 k4.2、输出特性：

4.2.1、线性调整率和负载调整率: （ 1.5M 18AWG Cable ）

0 i7 \) i2 J, ~- ?6 f4.2.2、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。
* c% ~7 S. g5 L: G

( L, q) |7 u% F1 S: b3 M+ u

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

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

; j; H  p# V* m! a2 h5 U- i

R&N @ AC264V/50Hz,No Load

2 G! Z: Y0 j) g/ G2 r9 R

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

  B' l+ e" r2 Z# m/ E4.3、保护功能：
7 L% n" t) [; S; s( [/ ^+ F0 q0 E
; U% p2 G5 D. \: u5 M% J以下涉及过流保护、短路保护的测试。

4.3.1、过流保护：
- B9 [& L0 V7 ^2 B; G; e$ U
9 }" c' C0 U. J% V

4.3.2、短路保护：

0 Q5 x4 `0 C0 b; ]0 e功率计电流量程2.0A,开启平均值模式测量。
. u+ j8 u# P; B- c" \

4.3.3、Peak_load 功能测试：

' q8 w) ?+ P. s% t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。
3 T" O3 P2 Z* O3 J* U9 Z' n

AC115V 发波周期12.6mS，Vo 最低15.6V

AC115V Peak_load 功能升频151.52KHZ

AC230V 发波周期11.2mS，Vo 最低18.2V

0 `: l/ N% |, i3 P5 }7 @9 N( y) X

AC230V Peak_load 功能升频151.52KHZ

4.4、动态测试：

! }9 [# p$ e  D; z. A! x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)

" E. I- s5 u! Q0 a* L& z: f& }$ z, F

AC90V_5ms

AC90V_10ms

AC264V_5ms

$ I- `$ S6 X4 \  \0 [+ D

AC264V_10ms

5 V* c9 X7 e: M* z' E% `( G4.5、系统延时时间测试：
1 ~7 e5 L# o" l. M+ ]% g/ Z

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

* [' q4 t. ]9 N0 w) E* I

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

! A: [! W5 P; n# X

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

4.6、其它重要波形测试：

AC90/60Hz，100% Load CS 波形

# ]6 J# L$ L* G- o- n: R: d  r

AC230/50Hz，100% Load Gate 波形

$ {9 a1 N' B7 S

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
6 i  `' a2 z5 k  H% {6 n0 E
测试条件：带外壳在40℃环温下长时间带载3A 老化。

9 M" _  a" t/ B

! @) A& \4 X2 g5 S) V; B06、EMI 评估测试

测试条件：

/ S# q. X4 t. K$ d' s; m- t输入：AC115V/230V；水泥电阻阻值6.67Ω，带线1.5M 18AWG 测试；
) S5 L: @4 V( R8 @5 b8 x限值标准参考：EN55013、EN55022B。（测试结果仅供参考）

AC115V 传导L 相

AC115V 传导N 相

1 n* F& U" ?6 l+ K# ~$ q

AC230V 传导L 相

- r' c- `& e' I5 j" c7 u) @+ ^* I

AC230V 传导N 相

4 @& i! y/ F* h* ^3 E% e( x, \

AC115V 辐射

AC230V 辐射