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

( @7 A% i- ~) ?8 G, @  G6 q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。
; o- Y" o1 Z' f
4 A1 ?- \  n# I. g! p01、样机介绍
/ w" n# d3 D& D; G( h& h
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
0 `$ g: A8 _& r0 c* O
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 h! \: {; S* @' G; j! w
( E6 m( z0 ^7 w7 S$ I特性

* R) j& x  l7 U' V% r# ^较低的启动电流 (大约3μA)
4 z$ x2 a4 Y- o' y9 ?- b5 ]
内置软启动减少MOSFET应力
; t! f  T! l- d6 P  ~$ e) m
8 _3 J  C6 l# ^. M! P带有Peak_load 升频功能；
2 t1 _, M5 v7 I2 G
CCM+PFM控制模式
: H) C4 s' A6 b+ W; B2 Q
3 W- Z! i3 b6 R4 x( R' w' d1 q4 H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
# A* I2 y" g7 X0 y5 O+ _
; B/ j' P: V/ g1 h0 l( f# s+ |) K内置65kHz开关频率
$ K) N) y+ I1 s: h2 e: f# [- t
0 c1 `& i% \; j/ x7 l! K) \7 A轻载降低工作频率
) f; C  ~, {" W) w! R) ^
; E" o( t% L* Q4 x2 ?# E+ a+ g, Z15ms倍频模式
8 V; }! z8 L3 P: s2 C2 a
可编程外置过温保护并进入latch
# X. e/ K: O+ U. l- g9 f# z3 l
% J0 k% D' E  c6 x+ lVDD过压保护和输出过压保护功能并进入latch

3 b9 M2 X8 W& i( r& ]  B9 D3 U内置前沿消隐电路
9 s3 i9 |0 O8 S6 n' ^. R+ I
1 G9 H- J5 y; o) ~3 I内置输出二极管短路保护
8 x0 m6 y3 K- u2 p
' {9 O7 Y5 W5 R5 V! |$ B+ n  S内置过温保护并进入latch

过载保护

SOT23-6L封装
. B/ q' v: X3 o0 a
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
, y3 K# V5 v: q
AC/DC适配器

( s! O  h) X5 ?$ l电机类适配器
0 s6 s4 v6 r9 |! Y1 \3 H+ g
充电器
" Q5 m( g$ O- \0 L* t
, g) s: R8 `/ T% e/ A( z/ T3 x存储设备电源

典型应用

; z6 o" E2 U7 a) s4 h" N, u

管脚排列
0 W, ?' Q2 E, _  i, H
# f( b) K  \5 L

管脚描述

' |' u2 k. F, d$ t$ _

3 m4 P8 P  U/ @& g7 Y- t  G( e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。

' V: z! q/ S6 W- ]+ \8 Z3 E+ g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。

- b% B; [$ F. P3 |  n& b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。
1 [+ j! @! v3 R4 R6 e
( L, i& d6 H/ @8 H4 X: ]7 ^) Z$ f02、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。
; m. W9 {3 R" T% w
( G! t. Y- o- ?& ^- U2.1、输入特性：

2.2、输出特性(PCB END)：

3 _8 @4 K3 |: k. k2.3、整机参数：
4 K4 r) Q; p1 M

2.4、保护功能测试：
, l$ O1 a- N( b; o; r" B' e; m9 {

2.5、工作环境：

/ f0 [4 }3 q6 ~. G* K0 x2.6、测试仪器：
, \4 m# ^2 r! b6 ?  b7 X

03、样机结构信息
- l6 L( I- C. _1 N& ^
7 T& T& U8 ^" A4 g6 d. F7 @( p# 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。

) y  R. {, }. v) o6 d5 v7 Z3.1、电路原理图及BOM：
. O+ i3 `: j# R7 l) k
* i6 I/ }: L1 y+ O  @! X  p3.1.1、原理图：
: {( k5 E+ i- b& j

3.1.2、元器件清单：
! w' ^0 ~& m/ _' L
, H3 Y/ E4 p) O- Q( L  Y8 E

3.1.3、PCB 布局&布线：
( e7 T0 ?7 v, ]+ O; d

PCB 顶层布局

/ C4 p4 R+ W' Q" `

PCB 底层布局

3 C# L' k0 O0 n8 J+ B

PCB 底层布线

3.2、变压器绕制工艺：

4 S  ~; |- P. }* o% k% B8 d3.2.1 电路示意图：

3.2.2 、规格参数：
7 S1 E7 b' a! J4 [! f
! G7 o! R7 u7 d1）骨架：PQ2620 磁芯（5+5PIN）,Ae＝119mm²；
2）材质：TDK PC40 或同等材质；
+ e1 q  @) \; P7 ~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；
- v6 U7 n) g- T" b$ G, w5）绝缘胶带:3M900 或同等材质；
3 y/ o# n& ?4 f8 R) W+ b3 N6）初级绕组感量Lp：0.6mH±5%（测试条件：0.3V，10kHz）；
& D3 G1 u( T0 _- D7）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；
2 g+ j; a7 b4 f) ]9）成品要求:浸凡立水；
7 ~5 t. m. j8 y6 Y( z$ G
3.2.3、变压器参数:
* {) w) \! E% e3 d; Y2 q
  `8 ?- {- }* \$ [) @' U

3.2.4、变压器结构图：
" Y3 \& }4 X9 ?. q2 l; I; k/ o

% u5 j- u3 A+ z* A5 ^5 b04、性能测评

# }6 p9 b( O+ {$ D' 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。
- w  \2 o6 d+ o0 p" }" |# U
4.1、输入特性：
9 c( N% G; o0 K* V: H/ o, b
6 ~6 O+ \) S' F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。

表1 待机功耗
4 `! h& f- |2 a6 E' B: Q: L5 H

表2 输出接1.5M 18AWG Cable100%负载下的输入特性

* H1 n# }( K0 O% a) v" I1 v9 ~表3 效率测试（1.5M 18AWG Cable）

; h3 R0 o2 R  Y# w# m表4 效率测试（PCB END）

/ Y$ u& z$ M" K3 m& G. d表5 能效等级评估（1.5M 18AWG Cable）

4.2、输出特性：

4.2.1、线性调整率和负载调整率: （ 1.5M 18AWG Cable ）
( R4 D; `, r. w! r

! j1 L: J" \/ e* N  Q  X+ L, J
- |/ d/ U. {6 ?1 `9 e( Q# B4.2.2、输出电压纹波：
6 K* A5 y. O. ^/ P. H
+ M* ^# Y: _6 J0 O$ a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。

- J2 _0 D! W5 I

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

) k% L& B" g1 O& t

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

R&N @ AC264V/50Hz,No Load

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

' F9 \' S9 I7 K% [1 u8 X& ?4.3、保护功能：

以下涉及过流保护、短路保护的测试。
; x3 A2 i3 g! U  P( C
4.3.1、过流保护：

* m. k" T  G9 i5 a9 r

( Y6 ^- o3 m/ x' @/ \# a. y! s' x* U4.3.2、短路保护：

# R% H5 d# Y9 C功率计电流量程2.0A,开启平均值模式测量。
& _+ ?5 }0 V! R' W9 ]( m5 {8 l

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。
0 R' l* Y8 c# b* c! f$ B

AC115V 发波周期12.6mS，Vo 最低15.6V

2 @* g( m+ M# p: x6 j$ o, r# |

AC115V Peak_load 功能升频151.52KHZ

; `+ P- `5 E% u$ H, z+ U  Q2 G+ L' X

AC230V 发波周期11.2mS，Vo 最低18.2V

# A: \$ l: Q# b; N  E( n

AC230V Peak_load 功能升频151.52KHZ

7 t# k! @: S1 l/ O" d4.4、动态测试：
4 q9 R$ J( E9 i* e% B( q) Z( v& O# ]
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)

4 x! d# l8 ]* Z, j, M& t

AC90V_5ms

AC90V_10ms

AC264V_5ms

AC264V_10ms

4.5、系统延时时间测试：
/ d0 k7 ^0 f" q% t' Z' l1 n1 C
0 a& l3 o  z, }1 E& f3 c% A

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

* Z9 s+ m3 p) ?/ r' I- x7 t

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

# i, f* X2 X' o" \* a, w

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

+ I+ ?3 \+ m/ E; \7 c4.6、其它重要波形测试：
1 ]* }: A& p9 |+ y
! H. }% ]# Q% F& Q1 ~1 K

AC90/60Hz，100% Load CS 波形

# y& ?4 k* ]7 N* u. \( P

AC230/50Hz，100% Load Gate 波形

- y, i/ _+ C! _) E# ~

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

  ^: G- ^0 x/ `5 K3 O- k% z测试条件：带外壳在40℃环温下长时间带载3A 老化。

: s* A5 s7 d% q. h! B& {

06、EMI 评估测试
% W! }! t, Q: h) h! M1 ~
测试条件：
2 g0 z: {9 {; y6 s; `# m# e
输入：AC115V/230V；水泥电阻阻值6.67Ω，带线1.5M 18AWG 测试；
% Q! Z9 A1 L) P3 y$ V, |  |2 t限值标准参考：EN55013、EN55022B。（测试结果仅供参考）
( W1 P1 T+ W! p; H6 ~- Z! X
4 Y* [/ [. d! j4 X4 X

AC115V 传导L 相

/ e5 }. O3 q  v6 B

AC115V 传导N 相

AC230V 传导L 相

AC230V 传导N 相

, F$ W1 e- m. @! c+ v- K' a

AC115V 辐射

AC230V 辐射