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
. s& q. k  [+ R" N0 R6 U3 J
$ C- W$ u& L7 |8 z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

+ }# y4 W, r2 q' R( ], }0 G8 SCR6890H 芯片
; h% |% B9 @8 U9 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
' f& n! o, z/ {
7 b8 @' h) r! p/ s  z. d9 y; J较低的启动电流 (大约3μA)

- I" u; y3 O  B- l1 g! Q, s! a. V内置软启动减少MOSFET应力

带有Peak_load 升频功能；

* B4 l3 `* f  P% hCCM+PFM控制模式
% l, a8 e1 x/ N& U3 C4 H7 y
. O# Z) p3 T# R" f- q+ \9 u2 s内建同步斜坡补偿，消除次谐波震荡
/ l2 \$ b& f. G
, A! I+ f6 t  T% b, Z" ^; ~内建频率抖动功能，降低EMI
; u7 r& `. L$ s# K- a5 j3 K
. g' D: N* V- H3 Z, o内置65kHz开关频率

$ _5 D( N. D. o* d- j% t轻载降低工作频率
) f2 B- j7 k3 C1 C: I
) v5 l7 S5 A% F! |& s: A15ms倍频模式

: J: r' J( d& d* P7 L可编程外置过温保护并进入latch
* B0 _7 A/ B" U) A- F9 J' e8 T
VDD过压保护和输出过压保护功能并进入latch

$ V; Y$ j$ a( i+ E1 [$ ?/ @内置前沿消隐电路

2 L  @! \9 @6 ?% _内置输出二极管短路保护
  C* x9 S5 q; I; C# A' B- m
内置过温保护并进入latch

过载保护

( s6 B' l- D* w* I9 b1 GSOT23-6L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。

基本应用

AC/DC适配器

电机类适配器

, N9 K& F/ O3 H, x! i5 E' Y充电器
8 @+ `# e0 P4 B8 X; A
存储设备电源
+ E0 B, |6 K* s$ t# f9 W0 z6 X
% K/ R4 _7 |# }: `$ y4 [典型应用
/ c6 q4 i- s, Y
/ x5 m8 j& j/ `

管脚排列

管脚描述
- q, U$ y1 b5 j) K  {2 a
3 R8 J6 }; w5 n5 Y. N4 A& g2 M3 [

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。
& M( [) Z& U( {9 G* a# \4 o
) m1 V" W1 V/ h, W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。
+ p' f$ c2 y. |  f# g5 t
1 e) h% u4 I6 c! ?5 o3 E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。

8 c7 U. @4 D/ N02、样机特性
$ c+ W2 |) j( @+ G# `6 a9 [
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：
, B. a1 D8 i9 c$ b- E: x- ~

, J4 b) n; e5 S/ g
5 h5 o4 r& M0 \4 f/ d2.2、输出特性(PCB END)：
7 ~4 I( ?6 T/ b! |% p6 I! v

$ h! l, {5 ?# B% l# d
2.3、整机参数：
, j" c1 F# |: v/ Z/ J

2.4、保护功能测试：

7 \3 I* ~% d2 Q5 p7 @% Q% n2.5、工作环境：

# A# e9 \9 S. y/ e1 z% h
2.6、测试仪器：
. H2 e3 g2 |+ @

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。

3.1、电路原理图及BOM：
9 `# C0 s8 O* Z$ A
3.1.1、原理图：

5 U0 {! ^! L. `1 X2 ^

( o( r3 y- }: A; K  W3.1.2、元器件清单：
8 U6 x6 q- Q1 n
% v9 X- I% t" |( a/ z

. Y7 R! {$ Y1 Q: }; G3.1.3、PCB 布局&布线：
5 ^! `. g* z0 a& B
. C) E7 z8 s$ o$ Z1 F$ M! z

PCB 顶层布局

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：
# T: q: l9 F# c- I

' V* U. s# r# N: b3.2.2 、规格参数：
1 N: W3 n$ \4 U5 n$ D) D
% |( C/ ^6 W: m1）骨架：PQ2620 磁芯（5+5PIN）,Ae＝119mm²；
0 q2 @! D" _8 n  ?; {7 Z1 Z1 I0 t/ c! o2）材质：TDK PC40 或同等材质；
& S* [. H, B$ v1 g, X# W3）初级、反馈: 2UEW 漆包线；次级: 三层绝缘线；
. W: g7 b  Z4 Z# ?& _5 l# }6 t7 M4）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 g! p& C9 N- M. ~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）；
0 Q  Z3 e# A9 B# e7）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；

! G- g& l2 l: J* L3.2.3、变压器参数:

+ o* S7 s& A  U5 l1 F& D3.2.4、变压器结构图：
0 T' I1 R  M$ m5 V/ [* O" b/ _) }

- J& J2 z5 j1 [04、性能测评
2 T6 B  a: V. l3 E& I
7 @$ v9 Z4 `8 A) t$ ?" k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：

" l0 E7 a. Q8 H+ f0 S: B) y& A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。
+ \: ^3 |" O; A' ^/ j$ \* K3 S& U
, y5 K+ p9 \* E, i1 q表1 待机功耗
( t! P2 _  J9 I

表2 输出接1.5M 18AWG Cable100%负载下的输入特性
; W9 s; B2 Y5 M

表3 效率测试（1.5M 18AWG Cable）

2 r& _2 B) q  d表4 效率测试（PCB END）

; X$ m* |4 @# ], W表5 能效等级评估（1.5M 18AWG Cable）
9 H" H/ Z* C% H* a

4.2、输出特性：

( T  j5 A) H3 h. ?% ]; m4.2.1、线性调整率和负载调整率: （ 1.5M 18AWG Cable ）

8 ^0 |1 ]5 T: d0 [
; y# }6 ~- y6 n; q. T& V: i3 e4 z4.2.2、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。

/ v  c0 A$ f8 p, Z! v0 s

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

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

R&N @ AC264V/50Hz,No Load

4 k3 |. Z% r) E/ G% q$ `( X: f

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

4.3、保护功能：

以下涉及过流保护、短路保护的测试。
" Y; L# {; K- v4 Y* |/ e2 u! |& e+ h
! v8 C' P% A7 O2 b3 w4.3.1、过流保护：

4.3.2、短路保护：
3 D. H! V: }' W
5 e. Q1 G' K  S+ r4 I3 i功率计电流量程2.0A,开启平均值模式测量。

2 Q" d% C9 L$ u  r+ }+ X! v+ v

4.3.3、Peak_load 功能测试：
9 O0 G" a: a. S. u& H7 c
8 s, t7 l, ~8 o3 ]/ r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。

AC115V 发波周期12.6mS，Vo 最低15.6V

1 P$ a; U7 a( _8 [4 k5 v

AC115V Peak_load 功能升频151.52KHZ

7 R  Q* ^" m1 a

AC230V 发波周期11.2mS，Vo 最低18.2V

AC230V Peak_load 功能升频151.52KHZ

2 H% k3 ?; w$ h! E4 T4.4、动态测试：
2 ]# K1 q- o7 J$ n: U* F
9 {8 @9 a/ S8 n1 B+ j' `. {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

AC264V_5ms

& a& {5 Q+ O$ m+ c. }& i

AC264V_10ms

* `, r# t/ D/ m2 C! ?; B) O4.5、系统延时时间测试：

% ~2 a1 J1 b- e" k. r

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

1 S" E! Y4 d  N% _& a6 x

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

+ a( [: r6 e: `  t) l/ U

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

4.6、其它重要波形测试：
% f6 r. k# A1 u2 ?) h
% W. L0 U; V) ?  n8 _

AC90/60Hz，100% Load CS 波形

' |7 t, g& g) q

AC230/50Hz，100% Load Gate 波形

AC264/50Hz，100% Load 输出肖特基波形

* T! J5 C+ [' @, |0 @  Z& C8 E

AC264/50Hz，100% Load MOS-D 端波形

' d1 C3 i' q1 p1 F05、温升测试

) i. I4 |7 }1 ]' Z6 v7 P0 Q测试条件：带外壳在40℃环温下长时间带载3A 老化。

06、EMI 评估测试
# ^. j6 i  P. D! {' R0 p7 Z
% T. f- |$ y  j4 j8 C/ T测试条件：

输入：AC115V/230V；水泥电阻阻值6.67Ω，带线1.5M 18AWG 测试；
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

AC230V 传导N 相

  |1 \4 h% {$ a$ M

AC115V 辐射

6 L0 ~- R" w, T6 }, R

AC230V 辐射