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

4 u! r) G" @9 P# s& r
' `- Z7 P, K: f( D" l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

5 g3 Z6 r' t' h: ~) z* q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。
. d) Q; b: g" w+ X

CR6890H_20V3A 工程样机示意图

) O  G% o& u& h$ q; TCR6890H 芯片
# y1 g3 ^5 g' N! a6 t  m8 C
4 c& S! ]8 k  M5 j- q" f, 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。
8 _0 P* m% }, Y+ r. s: u: f
2 B: C4 _. Y& ]2 `5 s: f* G  J特性
+ h: s" [! i& c  f/ i8 R- W! L
  Y( o' c2 ^/ b% Z) ]较低的启动电流 (大约3μA)

内置软启动减少MOSFET应力

带有Peak_load 升频功能；

CCM+PFM控制模式
9 R3 e' h) n* A$ S, @7 [# ?9 u7 K& X
/ L' ], H. b2 O; ^& L& A# x内建同步斜坡补偿，消除次谐波震荡

" X8 e5 c+ G# t# U+ q内建频率抖动功能，降低EMI

内置65kHz开关频率
5 [/ E' `! \" ^1 A3 M! G4 V  k
轻载降低工作频率
7 h) }0 x$ o" \, Z
; P  o) Y! P% f- s7 B' F15ms倍频模式
0 P. }2 o# |$ b9 W1 E
0 c5 K  {6 @( 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
5 E: X0 V/ J$ g- n, y
内置前沿消隐电路
+ V* t" H7 C+ I0 F7 w
. e; H3 _# K, V: _内置输出二极管短路保护

内置过温保护并进入latch
6 W! ]+ L* M3 t, Z6 ]& t8 M" s1 ~! d
过载保护
4 ?0 k* m' o6 w% \& r
SOT23-6L封装

& ]7 x$ s' V6 z) H$ \9 M2 G& e0 k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。
' |; I- p' O3 i2 [. Y6 _$ u
基本应用
* ]% n2 L: g8 R0 D
AC/DC适配器
$ o& C+ l: v' ]3 g
电机类适配器

充电器
  b& U$ P) w) _
* Q. V3 e/ L. F* h& D0 p" O6 N存储设备电源
! f4 _8 e) q; U; V
; W" r) Z: L2 a! d& w& S9 [8 t* g典型应用

管脚排列
& t! S& l6 }: H7 ]# D6 o

管脚描述

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。

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。
4 u1 h, v$ c$ f0 p" J0 u- x9 a
# a" ~5 W$ A! \2 Z4 f9 O, O6 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。

02、样机特性
0 M; n6 t1 r3 A6 y: g1 p) O& P% s
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：
, r1 g, w* @( E' a/ L) H% u$ f' Z

2.2、输出特性(PCB END)：

- u/ V$ d! T& ?
2.3、整机参数：

2.4、保护功能测试：

2.5、工作环境：
9 X2 G9 [* Z/ W2 J0 |/ A7 k

# p9 C6 q7 L5 I2 a- `2.6、测试仪器：
% S8 `3 h, }( c' W4 Z

03、样机结构信息
; E8 F, V( ^0 r' v3 E7 k9 A! J
5 o$ O' W  g* f' e" ^  A4 k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：
3 p% Y& I; M3 h3 A1 O: m
7 Q: @" T* T$ ]0 {8 O8 y3.1.1、原理图：
. A0 B5 m8 q; x6 a0 C
- O4 L$ ~/ s- g0 K+ j

3.1.2、元器件清单：

3.1.3、PCB 布局&布线：
% {5 k* j' m5 u

PCB 顶层布局

PCB 底层布局

PCB 底层布线

3.2、变压器绕制工艺：
2 l4 |) h+ w0 A( s$ e
3.2.1 电路示意图：

3.2.2 、规格参数：

9 l  s* R/ N1 w  e8 o# j1）骨架：PQ2620 磁芯（5+5PIN）,Ae＝119mm²；
2）材质：TDK PC40 或同等材质；
& U2 s3 ^/ c* x- g- `- }  |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；
4 L# J% D( [/ u7 f! |. ]5）绝缘胶带:3M900 或同等材质；
4 j$ \) C) J' K( R! W% N1 C6）初级绕组感量Lp：0.6mH±5%（测试条件：0.3V，10kHz）；
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）)；
: H6 B; g" b) k8）耐压测试= 3.3KV 5mA 1Min；
! k) q  u: r5 ^% f* V" |: g- u9）成品要求:浸凡立水；

& e. C$ l  o2 s& y  w1 @3.2.3、变压器参数:
- i) Q7 e! X1 V6 G7 }

2 p) z2 M7 B( e& I1 J5 P0 J8 ]# S3.2.4、变压器结构图：
1 z% \+ y/ ]& Q7 }

* V; |; d# U+ J, @0 B/ D  r04、性能测评
" u4 D2 U. g. f2 h; g6 ?- W3 _
  y, U  Y' [( j) Y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。
) w5 X/ H) }+ _- c" p3 m9 G9 A
# x+ Z9 N' Z2 U- ]2 V6 Y; P  H4.1、输入特性：
  @/ B& t2 z. {0 l1 H3 a( N
1 H! U& B- p- H1 I& v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。
( U+ q+ z6 p3 z$ b: u* M
3 _; C: ^: k8 e0 ?" y4 q& B+ N表1 待机功耗
+ [, M+ s+ v4 l% J

表2 输出接1.5M 18AWG Cable100%负载下的输入特性

$ p) }1 W0 }( o7 d表3 效率测试（1.5M 18AWG Cable）

* n$ P6 |2 j: N& J表4 效率测试（PCB END）
, \9 k7 ]6 c2 c/ t/ U+ {- H4 V. Z

表5 能效等级评估（1.5M 18AWG Cable）

4.2、输出特性：
+ Y& J0 E5 f5 q$ G) `: _: _) X9 t
4.2.1、线性调整率和负载调整率: （ 1.5M 18AWG Cable ）

: v8 u. u& T/ J* s2 u
/ z# F6 k8 e) p4.2.2、输出电压纹波：
* e5 J3 A" K0 R4 F; Y/ {3 h
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。
2 x/ m1 Z. i. j* a8 G# ]& T

* a+ S1 n8 V1 N/ N4 H- I

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

+ z+ S3 |  P5 @4 ]" @) ]1 O1 j: L

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

" Z* @, l, B; J

R&N @ AC264V/50Hz,No Load

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

4.3、保护功能：

! I1 ?4 G5 N7 g+ ~% a2 t以下涉及过流保护、短路保护的测试。

' x8 i, t9 x0 r" F& I4.3.1、过流保护：
" i" B. ?8 k! b6 ^2 o0 {
5 ?% L( ?+ d$ h2 }; u9 r" b. P

2 e: {' Y- n" y7 ^# P! D; T4.3.2、短路保护：
) T# X; L& o. l5 i, ?5 d5 s
功率计电流量程2.0A,开启平均值模式测量。
( o( k3 ?' _7 q& ^- ]2 t9 y. v8 s

+ x$ h. x, z$ B; h4.3.3、Peak_load 功能测试：
' i/ e. U1 Y+ B/ W% x: _5 ^( ^
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 k8 M$ g# H4 u- W) C3 s
$ a( }- G# s9 c5 K9 e; g% s

AC115V 发波周期12.6mS，Vo 最低15.6V

) Q& E% T4 B' ]+ I' X

AC115V Peak_load 功能升频151.52KHZ

1 X: w: ^6 x0 d, q

AC230V 发波周期11.2mS，Vo 最低18.2V

AC230V Peak_load 功能升频151.52KHZ

4.4、动态测试：
: N4 E- a- H0 I, @6 s% P( }
1 `7 S+ c: z" t: N8 c3 G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)

: E2 S* D  }: _. Z

AC90V_5ms

AC90V_10ms

AC264V_5ms

- R: ~) C) A% w' v0 }  N' q

AC264V_10ms

4.5、系统延时时间测试：

. n  o% K0 w4 |; Q' H: D5 |

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

3 q) x, Q2 u0 \- v5 t/ S4.6、其它重要波形测试：
- f5 o' v( W& G8 a: ?

AC90/60Hz，100% Load CS 波形

, m3 u4 j& ^  S& K! \

AC230/50Hz，100% Load Gate 波形

6 W& T' G2 t5 v% |' j8 C/ X/ Z8 n$ S

AC264/50Hz，100% Load 输出肖特基波形

AC264/50Hz，100% Load MOS-D 端波形

6 m  W7 I* j0 K2 A# ]4 d5 ]9 I  c05、温升测试

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

测试条件：
, Z; L. d; y2 _1 u. a& `
输入：AC115V/230V；水泥电阻阻值6.67Ω，带线1.5M 18AWG 测试；
; j% _8 A  `9 m+ |限值标准参考：EN55013、EN55022B。（测试结果仅供参考）
9 k2 |0 ~3 B7 D2 m

AC115V 传导L 相

AC115V 传导N 相

AC230V 传导L 相

AC230V 传导N 相

5 \& P  \6 S5 M" h! {

AC115V 辐射

$ P, A( G8 m% J8 |2 r  C9 G

AC230V 辐射