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

1 f' I& `: |1 T4 I0 U+ d  x# G
+ o8 ~/ v% y4 B2 S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。
6 l% y2 w$ ?* ]9 x
% ~3 q2 V, [, V/ V& G/ g01、样机介绍

9 K( E, {8 M- ]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。
3 f  _5 b3 N  X) H  s

CR6890H_20V3A 工程样机示意图

CR6890H 芯片

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。

! q, V3 V7 e4 q0 m, x" N特性
! j( k! R4 F1 R& M  A# h
4 H0 t- N2 r" T% E+ [较低的启动电流 (大约3μA)

内置软启动减少MOSFET应力
3 O. H% s! h8 |
5 {+ h9 R; _2 r6 q: v- a带有Peak_load 升频功能；
$ t7 r$ Y# K1 |: S  V% ^$ a
CCM+PFM控制模式

内建同步斜坡补偿，消除次谐波震荡
9 s4 Y  _5 W( R! V2 D
# D, `* B" Y. a, C' f8 l! D& M内建频率抖动功能，降低EMI

内置65kHz开关频率
- E% o; a% y* W6 h' C6 }* F
轻载降低工作频率
/ s: N# N) H8 n* t' C
15ms倍频模式
# p6 ^, _$ r" {0 k* ]
( c  x8 X7 h, p+ x# y- E! V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

内置前沿消隐电路
8 A3 w) S- x. X  F5 N' G
& e: Q1 u$ ^, X. Z& S! c6 n1 }内置输出二极管短路保护

内置过温保护并进入latch
! G. J; d6 ?9 u* y3 O( k, D3 M) q
过载保护

SOT23-6L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。

3 O9 H+ [3 p% ]  h基本应用

. |3 A' o9 Y, T8 e0 R5 ZAC/DC适配器
8 T2 r7 F7 H2 b$ h, `% ~, ?: f
0 Y7 }# _7 Q( T! A, n) j电机类适配器

充电器
5 X, l; p, D$ T$ s
存储设备电源
3 E  t3 ~& u/ j4 s
典型应用
4 j9 _1 e$ T! G

; S) V9 c* p  j管脚排列

7 y) S* r' W* e& k) E$ G+ l% y

管脚描述
0 b5 f5 A1 G" Z% M% ~8 a4 w: t

0 x- L+ K  [$ s7 L7 T$ [; O! Y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。
+ G! v3 _* ?: f4 u
2 E, a5 i( O+ d7 l: F' g  }+ ?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。
1 j+ r+ k2 ?0 P$ W* h
0 X1 w3 S5 V7 q02、样机特性

# t4 U* p( R+ |  {) I! o; a6 R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。
" g# u6 g4 w+ G- F8 p
2.1、输入特性：
& [: i- @/ s1 n. u0 B: G+ H

" t. i( e0 ~0 L* R! e
+ d% R. w5 V% }- H: L2 u  |0 W3 U2.2、输出特性(PCB END)：
  X  r3 C0 E. V( S

2.3、整机参数：
3 T+ f! f5 q9 }3 \

/ N. P% p+ R; Q1 g  K2.4、保护功能测试：

+ E2 a5 i, |/ S( K5 {: g2.5、工作环境：
% G8 ?# E; G+ S/ A

2.6、测试仪器：
6 r! l) O: _/ m2 F2 Z5 A

03、样机结构信息
3 |" k" Z8 r( @$ b$ f8 N" A
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。
, }: L8 D+ D; D
3.1、电路原理图及BOM：

3.1.1、原理图：
& @' v$ B( \1 i/ e, M: ^# [

3.1.2、元器件清单：

5 c. p/ y1 j9 [' v+ C7 P

3.1.3、PCB 布局&布线：
; T% a3 y6 E- n9 \6 f4 t0 b

PCB 顶层布局

; @" Z) Z: I' y+ T2 ^" b3 V

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：
3 t* O. n* q/ b" g! F

) S9 P9 X  l, Z- p& i. r3.2.2 、规格参数：

* t3 c9 R: r0 h# k7 N! B+ H) r8 [1）骨架：PQ2620 磁芯（5+5PIN）,Ae＝119mm²；
2）材质：TDK PC40 或同等材质；
3）初级、反馈: 2UEW 漆包线；次级: 三层绝缘线；
* Z$ k/ v7 ~2 L1 `) x2 W) b4）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）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）；
2 \/ H" a; U* ~& `* o7）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）)；
& X/ {5 _/ u& n5 e+ q) {8）耐压测试= 3.3KV 5mA 1Min；
1 W  D2 P3 N3 ?2 h( e9）成品要求:浸凡立水；
# R  n0 C7 K/ O& Q0 e% M
4 D  e% M! E& Q3.2.3、变压器参数:
7 y4 s0 n4 i9 t3 I) [
, l2 J" B7 G- B7 u8 m% o

) F8 A, V0 P3 |+ j3.2.4、变压器结构图：
" W; E& p4 d' c1 e5 _

; Q1 L: P1 s# k7 t* \04、性能测评
5 F* f9 Z! M+ v+ J1 K* R$ \
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。
( C6 s2 }+ ?4 ]3 F
1 _9 I: w' i! g0 d# i( m! B4.1、输入特性：
2 B4 C  B4 e& k
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。
+ b3 @) S9 p& C; z+ l# ~
/ E+ l- z3 O2 f! e0 |表1 待机功耗

表2 输出接1.5M 18AWG Cable100%负载下的输入特性

表3 效率测试（1.5M 18AWG Cable）

9 [: P) }# s3 o; P. ^表4 效率测试（PCB END）
# d. p8 E8 \! j

表5 能效等级评估（1.5M 18AWG Cable）
9 X8 {# O* Y3 Y- H* y5 e, X

4.2、输出特性：
8 K- Y/ W7 Y* Y- Z* i+ S6 j
4.2.1、线性调整率和负载调整率: （ 1.5M 18AWG Cable ）
, k4 p/ ~  X2 Z/ ^! V

4.2.2、输出电压纹波：
% e5 Z0 O, S0 f( W; p
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。

$ s) b9 Y4 S% E

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

0 U5 ~) m# L& F2 t7 x4 G

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

9 Z. X" v4 o! G( K% i

R&N @ AC264V/50Hz,No Load

$ y7 \7 m+ x9 e7 H5 [6 u' N$ |* s. F

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

% H$ l8 ]0 b9 J9 Y9 C4.3、保护功能：
# K, I3 [3 E) R
$ a9 O5 B: L! F8 ?% m: l' }以下涉及过流保护、短路保护的测试。

4.3.1、过流保护：

4.3.2、短路保护：
' h  m$ B. ^4 |, z; R
$ V. x6 L6 d2 R/ @) V% L功率计电流量程2.0A,开启平均值模式测量。

; c: D# ^8 ]9 {  U- s( P' O5 l

% J& [4 ?& f1 g) s# J* \4.3.3、Peak_load 功能测试：
4 j5 ]1 `0 ~% K+ c5 a
4 l8 }# v4 ^) W; t- _; \0 U8 c7 y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

4 T& D, W, r$ R% w2 z

AC115V Peak_load 功能升频151.52KHZ

0 C1 @% ]* ^" I

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：

( i7 J; a* u- h% f" E- ]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)
( a  I& |) d8 Q1 l1 ]" |

AC90V_5ms

AC90V_10ms

8 ^$ `2 {; U3 A* y) a7 y

AC264V_5ms

AC264V_10ms

0 P$ |& I( n- T1 t0 w% N4.5、系统延时时间测试：
% o9 y7 Q6 ^9 \  A$ y" N1 c

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

' w* a# L" j& S8 j8 f! f  V* H

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

8 U. u' l2 \/ j6 O$ n; C

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

4.6、其它重要波形测试：
; O. O  [- b6 {4 h% n% n
# D) _* G9 n8 J

AC90/60Hz，100% Load CS 波形

9 d+ S( }  X. z5 D8 h1 Y& o

AC230/50Hz，100% Load Gate 波形

AC264/50Hz，100% Load 输出肖特基波形

AC264/50Hz，100% Load MOS-D 端波形

% L% L$ o0 `# Z8 `( M05、温升测试
' i8 X% n# i. U& V: f
测试条件：带外壳在40℃环温下长时间带载3A 老化。
& [% J; C. y, Q& o- a2 Z

& T: N4 \% s' ?& H4 S06、EMI 评估测试
) E' z% n! W6 ~2 v1 r2 \
% t( a4 D8 x: c6 p: ?% `测试条件：
) b# C$ ?2 s8 s. T3 E! m" p
, W& U! R# H: V输入：AC115V/230V；水泥电阻阻值6.67Ω，带线1.5M 18AWG 测试；
& v9 E; f3 H* z限值标准参考：EN55013、EN55022B。（测试结果仅供参考）
, H/ v2 f0 v$ P  H; X- _
0 u7 C3 O$ v6 M

AC115V 传导L 相

$ ^' L( y+ @0 I5 h! \

AC115V 传导N 相

! o8 ^) P( m3 h9 X) I

AC230V 传导L 相

0 F0 E  b. K/ A# G5 ]- P

AC230V 传导N 相

AC115V 辐射

AC230V 辐射