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。

- w% q/ ?% ~$ g- q8 D4 H. E7 E# i01、样机介绍

) @* I' U5 ?5 a% k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 L, {( ^$ v& l

CR6890H_20V3A 工程样机示意图

CR6890H 芯片
9 S6 y8 \& i# g
; S3 Q7 K2 O' J: cCR6890H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。

# Q9 N9 h# I  s5 x* s2 j7 e3 d1 k特性
  W" b" W1 m; {- f8 b
较低的启动电流 (大约3μA)
4 \" {6 a) U' w
内置软启动减少MOSFET应力
' X5 G; `* n% Q( U/ y6 I
带有Peak_load 升频功能；
4 L% [) D4 M0 Y3 Z
CCM+PFM控制模式

内建同步斜坡补偿，消除次谐波震荡
) M! v1 j& `: m1 \
- C* i7 q! z, @9 b- q内建频率抖动功能，降低EMI

2 Y$ N' C+ {; B2 D" F& Q内置65kHz开关频率

轻载降低工作频率

15ms倍频模式
2 f9 Y/ O! d* A  u) U9 [) k8 o
7 [4 K: M" I2 Y可编程外置过温保护并进入latch

VDD过压保护和输出过压保护功能并进入latch
8 Y5 ~& i1 H- \. q( A) t' M( W
内置前沿消隐电路

1 c4 t* ?# r) z: A. x) V# r内置输出二极管短路保护
7 U: \, k+ h/ O, e1 }
' b1 K) v% I  q; R; x% E: v内置过温保护并进入latch

过载保护

' M* a# H) L5 KSOT23-6L封装
, k& ~1 t! ?. ]1 q/ ~& }
% s( m' U2 N: U5 l" H) g/ J" ^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。

# l% ~' E7 M) ]9 V基本应用
4 M6 x0 L. ]7 ^" F) F! C# T5 l/ f
) T9 n+ P$ H4 c4 d+ @; VAC/DC适配器
2 A; C) p. ~& f  C. _% c( [
电机类适配器

充电器
+ J) Z" E  A& P" \5 N* c# K- v
存储设备电源

典型应用
+ I( t9 b) z% H7 D/ u9 a" w

) e2 W( I/ {7 c- ]3 K. X管脚排列

5 x- ^) N- @1 `/ [7 v# `' Y

管脚描述

; p- I' m4 V& m- U# C

4 N& l+ r* z& E% O+ I) u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。
9 ]. E5 p7 m! T4 \' L
3 o+ `7 c* j- Y6 h0 L  |9 }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。
2 H3 C# ~: G8 ]0 `1 l4 J7 Z
8 b, N1 C& `+ J* m# a6 r; |* A, Y5 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。

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。

2.1、输入特性：

3 _! _8 o2 }6 k
2.2、输出特性(PCB END)：

+ R. P3 U7 f  R7 t% {7 U
% G- ]0 ?5 p$ }8 T3 f2.3、整机参数：
/ I0 N$ E0 k2 d: W  T9 `1 N+ B

- ~& \3 P. q* D) l" U8 L* t7 i$ R2.4、保护功能测试：

2.5、工作环境：
# D8 c0 N) Q5 P3 V6 c

2.6、测试仪器：

03、样机结构信息

0 A$ X4 V( I, j7 \* y; V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。
- M' |7 e& U6 Z
3.1、电路原理图及BOM：

3.1.1、原理图：
* c* P" E7 m" H$ ^* m& a- `  V' _3 }$ \
/ r# A' D' A' L3 u9 [3 R5 D

3.1.2、元器件清单：
3 y- I6 u/ W$ a' E+ V0 n6 n

3.1.3、PCB 布局&布线：
; A% ?. i9 k- M
; z& Q: q" T3 r% g0 H# z

PCB 顶层布局

: O4 q4 v0 d/ S/ k

PCB 底层布局

PCB 底层布线

3.2、变压器绕制工艺：
. ?, P  d5 w3 o: M, r8 P; Z
3.2.1 电路示意图：

3.2.2 、规格参数：

1）骨架：PQ2620 磁芯（5+5PIN）,Ae＝119mm²；
5 \" y; b) q( L7 o! I2）材质：TDK PC40 或同等材质；
& C8 y5 v' M% e9 L4 E3）初级、反馈: 2UEW 漆包线；次级: 三层绝缘线；
  |5 H0 S/ ~7 @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；
) X1 A  _- O* k: {7 L8 s5）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）；
9 L$ Q( r9 `5 E' N7 g6 r; Q7）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；
0 g! ?' i( ^6 q0 t- S" c7 E
3.2.3、变压器参数:

& ?$ F* q$ M) F% u: y8 c  s) ?

3.2.4、变压器结构图：

, _" s/ B2 V' u0 u2 g04、性能测评

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。

7 V( I1 u2 v  |4 s/ h2 U& N4.1、输入特性：

, w  B! M9 `1 \+ @$ i* E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

7 z0 H" ~% {9 y/ X0 \  X表2 输出接1.5M 18AWG Cable100%负载下的输入特性
9 g0 R7 q9 k: }5 i

表3 效率测试（1.5M 18AWG Cable）
: p6 v; u7 a. A1 g# _0 m

表4 效率测试（PCB END）

表5 能效等级评估（1.5M 18AWG Cable）
9 v" I: p. L0 v( j/ Z6 @: v  E

4.2、输出特性：
8 Z% V$ w2 k# B" \1 ^3 f
4.2.1、线性调整率和负载调整率: （ 1.5M 18AWG Cable ）
' a3 c1 _( x% r) M2 `% |/ k8 _

0 o# Q* [; f' J7 h7 p/ ]2 n
" T$ N' z& s) j5 _* R# r5 ]7 p0 P4.2.2、输出电压纹波：
- K* _8 ?) q. H3 v6 {2 t7 D
0 d# P/ [7 r6 p4 R7 ^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。
& y% y( g4 T: R. p7 H0 ^

# i# i# ]5 Q) K' {2 p9 X

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

; N/ a# T) j7 U7 b2 u/ e( E

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

R&N @ AC264V/50Hz,No Load

$ i" [, `& @5 o8 H

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

4.3、保护功能：

' |9 ^' w! s4 k% y6 l& O+ t; ~以下涉及过流保护、短路保护的测试。

  _) ?% a3 `4 v4.3.1、过流保护：

# x7 Q4 K# |# ~% R* i8 B3 V/ x1 U, @

" n# k$ j1 x3 r, w( g9 Z6 I4.3.2、短路保护：
& |( B& s) J! c) Q: p
) y3 m& S9 }6 u" _: E, O% D功率计电流量程2.0A,开启平均值模式测量。
  B5 |. n1 k9 n7 p. h" }

5 g( r* e. r  b0 s- f" h, x4.3.3、Peak_load 功能测试：

' ]/ N) S1 S- l, g3 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。
( q. a: B2 C, E" l# w0 d; p: W

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

+ ?" C# U! S) D, ]

AC230V Peak_load 功能升频151.52KHZ

; h8 c- i1 I  ?1 {2 Q4.4、动态测试：
/ @9 t; k" q# k8 T
5 t, z1 M& ~; C  n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)
2 @" g) E' ]& S/ g7 W
2 U& j7 P( C! }5 B( t! B' ]

AC90V_5ms

AC90V_10ms

AC264V_5ms

AC264V_10ms

% g! [' {; T# _9 h* O4.5、系统延时时间测试：
, P6 {0 K, N$ P3 c

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

) l6 s) G: z( |* D

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：

! }5 R1 Z1 G+ [9 g  i7 z* o7 y

AC90/60Hz，100% Load CS 波形

5 J5 L) Q* X8 x" p8 R

AC230/50Hz，100% Load Gate 波形

3 ^( @( l& \6 E* g8 j5 r

AC264/50Hz，100% Load 输出肖特基波形

4 j( B5 I2 `2 q& y/ L7 r

AC264/50Hz，100% Load MOS-D 端波形

05、温升测试
' i) p- \1 j9 k
* h* r. b5 ^, }( @7 G* B  T/ j$ A5 v测试条件：带外壳在40℃环温下长时间带载3A 老化。
8 H7 b& M5 Y- W- d5 Z/ ^7 [  M' e

06、EMI 评估测试
) W% w1 {- i- D" N/ K+ X" c! \
; V: K% F) |6 u+ g9 j测试条件：

  P4 q! L8 A! [1 T( d7 x输入：AC115V/230V；水泥电阻阻值6.67Ω，带线1.5M 18AWG 测试；
3 P% @. ~  _2 c" R  J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

AC230V 传导L 相

/ T" h. M0 {, ]- p/ A8 G$ V

AC230V 传导N 相

AC115V 辐射

AC230V 辐射