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高效率、低成本的60W电源适配器方案是怎样的?这里有答案

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发表于 2022-5-6 16:49:15 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 思睿达小妹妹 于 2022-5-6 18:15 编辑 9 A7 a" j( z) Z) q
3 E' a+ g4 v& T, L. Y$ {. J
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。
5 I' \; h% `# Z) U% d' h6 Q) \( D
01、样机介绍
9 R: [$ D7 K; W2 L0 U; m9 i5 X" U; o* \+ }, v0 O+ N
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。
: x" P0 v8 O+ Y8 L6 \
" C) `1 L& d  w9 B. y
CR6890H_20V3A 工程样机示意图
* y6 F* ?8 z1 v; r
CR6890H 芯片
% r, c0 Z; P: R8 d! R5 g' h; j+ h& W/ R3 Y
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 f& i6 S9 y$ c0 {
: i4 u# O5 D- A3 P
特性
/ ]" q' h5 U; C7 H
8 _% S! a4 r4 f- w较低的启动电流 (大约3μA)
" r9 @5 u! f9 C' k$ A" Z8 F( [9 K8 S
内置软启动减少MOSFET应力/ u4 A8 i: |$ t8 E

: W8 o) G, w& m0 L% _带有Peak_load 升频功能;! E+ G' c+ k9 f! m6 u$ U% E+ S5 o% g
% e+ E$ }; D8 g( }" _
CCM+PFM控制模式: U: {2 x- o5 v6 }$ ]6 G/ u

; [. b8 _7 Q0 h: Y内建同步斜坡补偿,消除次谐波震荡9 |- w7 l9 j) ^4 F7 B

# o, F( {. r3 s- D1 q# k内建频率抖动功能,降低EMI  k( I+ b9 C9 U0 |
/ o4 T3 M: {2 E" w% D1 ?
内置65kHz开关频率; E2 s6 E  D+ L! B3 {& c. ~8 P

% w% w* Z3 ]  N, J% G$ g2 n轻载降低工作频率5 B  K* @+ E8 v& g( }! H

& K: |  n* Z* N! C15ms倍频模式; i% `# u  J8 K' V  o

' f' Y2 q/ i- p: w7 m& }0 M可编程外置过温保护并进入latch! h7 X' q1 ^. ~% N: e
1 e2 m/ B1 C) ^+ E$ t
VDD过压保护和输出过压保护功能并进入latch, k. R& e9 q" R; `; m. S8 v
8 @! a' u& B* ~- G4 s- r' z
内置前沿消隐电路2 Q  t) R+ ]5 a+ a

; {3 ~# \: R( Y1 U内置输出二极管短路保护
0 P5 L  f( @1 J0 _! ~& J8 ~5 G' o0 b0 O% x
内置过温保护并进入latch
+ e6 F; e) e. H4 E8 Y8 M
+ I" k1 ?' R( C$ K5 ?' D过载保护& k- e7 |+ n, Q) n
: \- U* _2 [/ X% {, z$ X
SOT23-6L封装
, w8 c' V7 Z+ _6 K5 Z; W( p6 r) G' a# R, Y$ W0 r- E
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。$ F- N: l1 m8 h4 X& ?  [% B% I

' o, M6 c; Z6 a) J2 j6 |基本应用' w2 @3 h- w: k0 B
+ {. M. h+ A. r/ Z% ?) Z- w
AC/DC适配器
! _  u& Q  k, U4 [4 J& |+ p, }
4 j# c# U( T3 W3 B4 P电机类适配器
3 u! d7 E9 z6 C1 v, q
0 |3 @! g! n9 x; T6 ~$ x充电器* o2 @, L8 s0 h* s. \- n5 }
% E0 U$ t. U9 n% n& u4 f4 @
存储设备电源
' P0 G! D/ B( P! F8 R
% v: |6 Z& ^+ b& X) T典型应用; ?% q' S4 @/ \

6 i% M5 k) h: E7 f; j; x/ @

" u' p% G4 [( S管脚排列' t* j8 g" y1 J6 j

0 u' N$ E7 u7 W, Q
管脚描述" _! z. M3 e* P$ a; X+ {
8 B9 h4 W  I! a4 t- |

; C& w+ C9 k# R" k( 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。* s, z! ~8 V; j" ^' B  F
. V$ o4 ?/ V/ s6 L6 e9 I% A) T
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。: v' L+ A0 x5 ^# v
! v  }8 y2 \  F5 F
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。
& d$ N/ |+ Q6 C4 f: V% ?* Y5 I3 d) p/ L' H1 [! R1 A  w
02、样机特性+ ^1 \5 z) i/ k4 f& P$ [8 J4 g
$ h1 H: F- N5 p2 \0 t" h
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。" V) H  D" J9 e) n

0 y5 k% c9 d2 @0 e, J2.1、输入特性:
' |! [, i4 o" C' `6 [
- g1 G% S6 \7 [0 K& y

, O4 [$ d: t9 I4 a/ W( A. J2.2、输出特性(PCB END):
* C' y# R5 j2 @3 I" J! }- _

! }: a$ m+ f8 H9 |7 H' Q
3 C+ o6 V/ \, X0 V. Z, h2.3、整机参数:1 O8 x% n8 a! t& P! z8 v
8 a) m7 `6 E3 n
2.4、保护功能测试:
) V1 q5 @) c% z- L
( A1 O1 b* q- M9 Z8 g# B
2.5、工作环境:0 |1 |1 ]' O9 U; g# I( \
9 m0 u- L% z. K

2 `  r$ s7 X! k$ X" W- i+ P6 L6 \2.6、测试仪器:, c2 y  j; Z+ p0 k( k
03、样机结构信息6 H( e& ]0 p6 @! i$ ^3 k9 A. y
7 J4 a. ?& X" r) q2 o
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。: N  H& s$ o# C- k
0 @0 {+ \- x6 J4 v% k$ W) ~
3.1、电路原理图及BOM:* o- v" C5 {+ W

; H; H3 h6 m6 D8 G- Q* ]3.1.1、原理图:" U/ C  Q3 x! ]2 n  Y2 p0 _0 l

/ C% A& K  x* D2 t0 j& X
8 T" O0 B, i8 g
3.1.2、元器件清单:
6 r: Y2 \" h4 t
6 B: j) l7 d7 ^

6 W. n# i5 m( v1 k3.1.3、PCB 布局&布线:
' ?+ @* G3 w4 l0 w6 j3 j/ F" z1 v) I9 ?
: [2 b) L- D# V/ H' k* D
PCB 顶层布局
: Y: C; t, \( h
PCB 底层布局

% Y8 R. J$ _, Q/ O2 B
PCB 底层布线
3.2、变压器绕制工艺:1 v6 x7 Y' `9 t) b9 A

& W6 Z2 I3 B8 s. N3.2.1 电路示意图:
* \  y: M/ N! ]: V  l: D* M; ]

& b6 t' ]+ ~4 W' _/ m, [3.2.2 、规格参数:  ?- }, j3 D8 b' N, N
- I+ L- u6 ~  f! c, u
1)骨架:PQ2620 磁芯(5+5PIN),Ae=119mm²;
" l0 z/ d8 l7 m0 v/ \( Z2)材质:TDK PC40 或同等材质;/ q, d% k" U9 j6 {! i* ~- o
3)初级、反馈: 2UEW 漆包线;次级: 三层绝缘线;: a) n4 H8 D  b& [7 m
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;
6 s: F, S' h8 N' [5)绝缘胶带:3M900 或同等材质;
3 M6 ?* A! M% q: s( `6)初级绕组感量Lp:0.6mH±5%(测试条件:0.3V,10kHz);# S8 l9 `7 i# |
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));2 o6 }0 ^$ C- Y3 L. ?
8)耐压测试= 3.3KV 5mA 1Min;3 J& L& f: T, M9 z0 a& T. l) \( P
9)成品要求:浸凡立水;
9 H3 p0 D! S$ _0 \7 a) u% j; g: [) J$ a) N% n
3.2.3、变压器参数:1 t1 {; G3 C* V3 t" a
* K% \9 }/ N  c5 a
6 t7 A. Q' ~( t# z
3.2.4、变压器结构图:* W" S2 k. q- J* Q: ^' c/ Y* R0 B
% w8 r* a+ s1 j2 h2 T
04、性能测评2 W% U& h( V) e. A

, @! }. y* _. p& O' l* y% f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。
' a& z) m$ J' M- P0 X8 R; E; D
( b# w4 G$ t2 @7 T0 M& @. t4.1、输入特性:
) T5 e4 i& s! {" ^6 Y) m; h7 {6 v3 L, {7 A* W, h! N
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。
/ p; G5 H7 |8 M2 [+ D' ?
! I" U% I, e0 m表1 待机功耗7 m9 \% a1 F- R; m
; Z) k. l6 n$ D8 M* s9 c
表2 输出接1.5M 18AWG Cable100%负载下的输入特性! j1 [) l1 Z$ z

( J. _  A( z9 s$ Z3 y表3 效率测试(1.5M 18AWG Cable), b$ }; p: h3 o; G+ j- E

  x% P4 ]; A4 V# a! c表4 效率测试(PCB END): |3 ]0 n7 W" a+ J5 x# |
. e# U# u  z0 J: w& \: ]
表5 能效等级评估(1.5M 18AWG Cable)
, f# n5 M; z. _: w7 w

- n. }2 B. n9 ^# Q2 z4.2、输出特性:
. k$ Q" o0 g: y# x; S
; v+ ?$ q8 f& ^4 j: x; ?4.2.1、线性调整率和负载调整率: ( 1.5M 18AWG Cable )
& T4 f! ]2 h) j
" v8 R( N4 J0 c, i  m+ B* Q

& X/ ^7 \- [% B4.2.2、输出电压纹波:/ l! r) s0 {6 o; P# j# m7 c5 w+ a2 l
/ [) p0 p- \+ @5 t
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。
/ s2 u, j8 {! |4 f
. |% D7 _' n0 z7 O+ D4 r
+ [3 q/ }2 k8 O, Z: S9 _, N# W
R&N @ AC90V/60Hz,No Load

; f) i; ^, y1 `5 e7 o$ K
R&N @ AC90V/60Hz,100% Load
. K4 _- Z9 w0 t& o* z* j) L
R&N @ AC264V/50Hz,No Load

/ A# R2 V2 J3 L
R&N @ AC264V/50Hz,100% Load

* K3 ]3 s/ F" M. A: ~0 ~5 W4.3、保护功能:9 g" L3 @% O: d/ @& o
3 n. S3 z! e4 g
以下涉及过流保护、短路保护的测试。
8 l3 O1 A7 I: ]0 c( f7 w. j8 ^! e: S
4.3.1、过流保护:/ o8 S! J, x  i$ L, r' _" w7 j

/ {! L8 m6 m& h& M# T- X

% S6 F, y9 J+ ^9 C  G8 w. t4.3.2、短路保护:' g% }! P0 g9 w) @! `' P1 C
, m* R9 n4 X5 M  F/ S; b
功率计电流量程2.0A,开启平均值模式测量。1 M! t, R# G) s2 S
1 F" m0 ?0 ]) e0 Q9 y$ Y; W  {$ q
+ |: ~: C+ u: v! \# u+ n
4.3.3、Peak_load 功能测试:* S, C" Q; n) t8 n, W( _: z% T
/ H+ {# u# F1 _1 D" b* 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。: n7 P* t( M  u3 p

$ ?4 S% X& |8 ]* F2 Z
AC115V 发波周期12.6mS,Vo 最低15.6V
7 Y6 J8 W# J& {/ w  m
AC115V Peak_load 功能升频151.52KHZ

! k. H% _: }9 H% }
AC230V 发波周期11.2mS,Vo 最低18.2V
7 x, l4 B; E% K
AC230V Peak_load 功能升频151.52KHZ

6 W& f( s5 ?& ]3 l* J0 v  u4.4、动态测试:
! Q! D) T- m1 Z0 E1 }. N! l' u; a
) C: F7 D  R& ?( i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)+ q4 U" l/ _, ?: V. ?
9 @8 @% Y0 U7 z" B
AC90V_5ms
AC90V_10ms
  A5 k# J/ {  r0 b$ T* d
AC264V_5ms
- \# w# I* m# W% Z) B/ V6 P7 {& t
AC264V_10ms
/ R* d- d# L7 K. w6 j2 l
4.5、系统延时时间测试:; g8 ?* F0 @8 i0 P. r

7 X9 F5 N5 y7 }5 X7 v5 v
TON_DELAY @ AC100V,100% Load

1 b  N, Q; u6 b% o
TON_DELAY @ AC240V,100% Load

2 J+ u$ O' M- b: R. j# T8 _
THOLD_UP @ AC100V,100% Load
8 t) a/ k* {8 y3 W+ ^; N! i
THOLD_UP @ AC240V,100% Load
- J+ I, F% a/ m+ ]& Z- w" e
4.6、其它重要波形测试:! |& c8 h# N4 k9 q* a
' h9 B0 o6 W* }
AC90/60Hz,100% Load CS 波形
) Y* f8 T7 I2 U: i; u( w
AC230/50Hz,100% Load Gate 波形

0 L, r; H% Z9 }" g/ [
AC264/50Hz,100% Load 输出肖特基波形

( Z+ r9 Q6 R. g
AC264/50Hz,100% Load MOS-D 端波形
$ ~8 p3 k2 I1 j7 R! |, z; z
05、温升测试5 u3 |. P5 M+ N4 b6 N2 S

# i7 f$ l+ G9 {7 I+ e) o: P测试条件:带外壳在40℃环温下长时间带载3A 老化。
2 T# S2 @& a/ M$ k/ [, u- a4 y
/ z! {$ Q. [1 S0 j" q- h
& A& i& z* W7 v2 ~
06、EMI 评估测试
4 W0 [+ y/ N9 a+ _3 @1 Q1 v3 Z* l; H: L2 u! ~* g
测试条件:* g/ w8 s  U% O5 n
6 u1 E1 G% m$ G- ^' C
输入:AC115V/230V;水泥电阻阻值6.67Ω,带线1.5M 18AWG 测试;
- Z, f0 E: D% {$ @. F限值标准参考:EN55013、EN55022B。(测试结果仅供参考); }. f8 |; ]7 i9 ~6 ^
3 c6 Y& X3 g9 d
AC115V 传导L 相
- Y) }: {* N) m. {4 y
AC115V 传导N 相
- l, b. p7 P* ]1 O
AC230V 传导L 相
+ m# p2 D2 f, k& r+ a! c
AC230V 传导N 相
+ |* w8 z6 o  k  r/ t* l! i
AC115V 辐射

/ t- Y1 l6 ^) U0 I$ w8 d# A
AC230V 辐射

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