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

9 s5 |; o7 I' |9 v, [# B
+ j( z( f% U; `' o0 @9 k4 \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。
" M. L1 @, c/ B) i
0 k  i. [" E% O5 b) q2 x+ c9 C01、样机介绍

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。
# k" B' {) i% f2 w: |: w, G
/ ~2 W1 _  `# P7 j# G! V

CR6890H_20V3A 工程样机示意图

CR6890H 芯片
; e7 O1 H8 e9 d) M7 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。

特性

8 j5 d; @+ d1 H- S& m* z较低的启动电流 (大约3μA)
/ t' W- W9 Q$ k3 G: ?
内置软启动减少MOSFET应力
, `% Z! g6 `( A
4 E! K; f( A6 \( x, g* a8 q带有Peak_load 升频功能；
0 \( Q4 ?9 x5 u. e+ Y
CCM+PFM控制模式
1 S; V) h/ g3 ]" J/ }$ a: }  M
内建同步斜坡补偿，消除次谐波震荡
) Q8 X9 y0 S  A: }# E5 U
/ o, D1 S$ n, y- y# Q# C9 m. w; h内建频率抖动功能，降低EMI

' G! s, h1 Q  I. v+ j: ?/ i0 P: i5 t内置65kHz开关频率
+ S/ _0 ^4 U4 Z4 ?3 K
( y2 ]% O9 S- g3 @" x轻载降低工作频率
2 v, w0 W* s) S2 l
15ms倍频模式
  V6 C, }4 D# j3 b% n; |7 K
: m2 A* E; p, a$ B$ k5 w! L可编程外置过温保护并进入latch

1 C" N) A% V* L4 _1 C9 ]# b3 H+ [VDD过压保护和输出过压保护功能并进入latch
8 @9 M( W/ l: @3 }2 r* E2 I- u
! Y7 D& O7 J/ T' V内置前沿消隐电路
0 r4 }. w( H+ L5 K9 p9 C
内置输出二极管短路保护
2 ?: N' i4 s+ P9 P
内置过温保护并进入latch

% U0 ?- u! U( m8 ~0 t. j过载保护

SOT23-6L封装
1 s7 b2 _+ d9 R& q) j  z- P$ y
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。
" X( _: m% h0 a" p5 b
基本应用
; {6 b7 m* p" f
AC/DC适配器
7 e9 {- ?9 J# O; ]2 h; g' g
3 t4 g! H( Z0 T/ y2 f  r0 Z电机类适配器

. Q+ K+ y( m* v. @+ n充电器
0 }. A2 Z* S- _. a/ w6 P- C  V
存储设备电源
% M7 k! h( A: k8 P9 c1 h
1 C2 p/ I# _, g- |, e; \典型应用

0 c- e2 E# f0 s/ h% e, T5 i5 n

管脚排列

. _$ u. y6 g4 Q6 K

管脚描述
) l- T% z' k' }  x' }/ d5 s

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。
+ {# D  B1 e# u$ B9 p& S
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。

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。
2 b6 r& {( V) T& I+ j" j- z
5 J# P$ A) [5 @- G9 f! X02、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：
( @" I/ G# }" w. h/ A

* K6 R. }+ n% O5 H. M$ X3 o2.2、输出特性(PCB END)：
2 v& M5 G8 f% M8 ?) z: u: U6 x% s

5 R" Q$ H5 B6 Q7 Z% Q& F- Q0 q
2.3、整机参数：

2.4、保护功能测试：

2.5、工作环境：
+ ~) V+ S/ i* q9 z& Z

4 V: J: W8 t! l
* J3 ?. r" b# `# \# J# }2.6、测试仪器：
( {$ l7 q+ z/ U$ q

03、样机结构信息

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。
* F) t8 S, O' d3 v( J2 ^* R/ i. m
9 m3 _7 v. o: u! q3 T. v3.1、电路原理图及BOM：
: u2 s# _" S8 v# n7 o" v
7 Z/ C" B, j1 X3 w: t% x) c6 d3.1.1、原理图：
- m9 c5 N" Z7 N: G1 v5 i2 Y+ H

! ]# V- c- {" W# W6 x7 o: K- u3.1.2、元器件清单：
$ E- c5 k+ y$ ^  F

3.1.3、PCB 布局&布线：
4 {9 C! l0 p9 ~5 K0 D1 g

PCB 顶层布局

& s" ~9 n: J6 _7 q% i# Q6 w

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：

6 t$ r* [. W4 ?; [3.2.2 、规格参数：

( k7 k# ^' o* c, |- M, ^! i+ d- Z% H1）骨架：PQ2620 磁芯（5+5PIN）,Ae＝119mm²；
5 V; }% v% a% P2）材质：TDK PC40 或同等材质；
) e( @! X  \4 K5 ?3）初级、反馈: 2UEW 漆包线；次级: 三层绝缘线；
, E. ?( u$ u% M, a4）N1 N6 N7 绕组从变压器针脚B 进线从顶部A 出线，磁芯接地；
) ]; Q! N! r9 ?5 b+ W+ [4 V; F" C5）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）；
+ c: S# c, z- O" R  z' F' u7）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 p$ I' V# _: A6 ~4 F8）耐压测试= 3.3KV 5mA 1Min；
9）成品要求:浸凡立水；
, `8 w& g) @9 x* n( o
3.2.3、变压器参数:
: ?* z" ~0 f. b7 b% W
% S2 n( C" s# n. x6 r2 n" v* |

3.2.4、变压器结构图：

04、性能测评
. j& T& I1 r1 S! C& `/ O, s
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。
  Z/ f3 p0 y: R5 r" a; M" e. O
" r3 _0 ]9 b* p3 F4.1、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。
$ J+ J, l" `3 t' N6 T# I
表1 待机功耗
8 U. h* |% ~- i* K

表2 输出接1.5M 18AWG Cable100%负载下的输入特性

% H% k# C$ B: Z$ c表3 效率测试（1.5M 18AWG Cable）
% Q( `" ~) {- N; B2 T

9 G' a2 M# c0 f  e# K表4 效率测试（PCB END）

表5 能效等级评估（1.5M 18AWG Cable）
; c$ ^4 m) }9 m8 L( F4 N

4.2、输出特性：

4.2.1、线性调整率和负载调整率: （ 1.5M 18AWG Cable ）
8 \* Q2 K* v4 d/ o' d

% @, t, f7 ~2 W7 b( E& Y" s& V9 w3 r
; ~. }! X' A; Z3 x: E4.2.2、输出电压纹波：
: s$ T5 ~8 X: Y0 s/ Z
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。

4 g; I9 W' o* C7 g- z

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

4 ]% o5 y' D* {- M0 k+ F- A# ?

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

- }- W+ _0 t4 e) c9 `/ w  j

R&N @ AC264V/50Hz,No Load

9 Z% p* r6 b1 K1 v$ E- T

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

4.3、保护功能：
8 z0 w: W3 R+ h2 ]) L
以下涉及过流保护、短路保护的测试。

4.3.1、过流保护：

5 B' d7 d0 S1 x5 {4 }6 G  w" L

2 v7 ^- f( |  E4.3.2、短路保护：
" r* ]  V% k4 \. s
功率计电流量程2.0A,开启平均值模式测量。
8 ?6 I2 t7 \1 f% K* @
/ I3 Q% x' J6 }/ F( S7 ]! _( K

$ g$ ^% A: b) u: X+ |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。

2 P: y; f9 ~7 E. x3 {

AC115V 发波周期12.6mS，Vo 最低15.6V

AC115V Peak_load 功能升频151.52KHZ

1 N1 m: o& i8 a' X7 k+ `

AC230V 发波周期11.2mS，Vo 最低18.2V

AC230V Peak_load 功能升频151.52KHZ

" G9 _; g, C2 c( l4.4、动态测试：
6 V% z/ Z4 s, M$ _( [+ I5 Z' j  D
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)
5 H5 W; |1 o5 Y" R" L7 I" V
; H- F1 I& k% L& U2 Y1 [; \' S6 D

AC90V_5ms

AC90V_10ms

0 r* K; r3 l; ?% @1 _  S2 C( \

AC264V_5ms

AC264V_10ms

4.5、系统延时时间测试：
( u( ^4 ^+ ?% }* Z! i

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

! R6 u. R5 K4 d# t7 ]

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

0 T' s" W3 m3 h$ L/ W

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

$ \+ X2 {4 V) Q3 f. v( S

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

4.6、其它重要波形测试：

& h2 E0 S( A6 i$ U

AC90/60Hz，100% Load CS 波形

5 T, O" M8 P% f4 H8 K

AC230/50Hz，100% Load Gate 波形

AC264/50Hz，100% Load 输出肖特基波形

9 ^- o" i1 Z5 Z5 p

AC264/50Hz，100% Load MOS-D 端波形

05、温升测试

6 B. _* s* M$ x5 V) V测试条件：带外壳在40℃环温下长时间带载3A 老化。
/ w1 k8 t  f0 G

0 ~# [. f  a( x6 l3 I, p/ q06、EMI 评估测试

1 [( ~' R# g# j+ E; T( B; P测试条件：
" t4 Y( T& u0 G
输入：AC115V/230V；水泥电阻阻值6.67Ω，带线1.5M 18AWG 测试；
; ]; @- V% H, o& I# m1 B限值标准参考：EN55013、EN55022B。（测试结果仅供参考）
  x5 |2 L6 p2 h- j4 @) @. t# V) f
4 E/ n# ]8 h& f7 A2 O2 B

AC115V 传导L 相

/ i# b+ H- O* G+ z$ D

AC115V 传导N 相

AC230V 传导L 相

: l1 w( q& y/ S8 k

AC230V 传导N 相

AC115V 辐射

AC230V 辐射