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。
7 }9 _* n7 f( ~7 Q; |) G2 a
  Y6 v2 L% L& @  `01、样机介绍
' K+ ?- c. t0 L1 A! A
: ]6 X0 m$ e9 y; F- R8 r/ `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

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。

特性
8 z! z* w0 V$ P4 a
) n0 X' G3 G! {2 b6 F$ {较低的启动电流 (大约3μA)
8 I: b  D' q- R& H# s' t
4 x0 N( R" U( \+ @- u内置软启动减少MOSFET应力
$ v% K! h9 x8 D/ {0 ?; L' ?
$ t/ X$ p( ~7 t6 y带有Peak_load 升频功能；
8 \2 M0 G; B3 i8 p
6 J& f. e* ?+ h$ u9 RCCM+PFM控制模式
4 f6 W1 F& p7 I/ m; {
内建同步斜坡补偿，消除次谐波震荡

内建频率抖动功能，降低EMI
2 y9 s& t) n: s8 c5 p( H3 W
内置65kHz开关频率

轻载降低工作频率
* N8 L0 d' ~9 U
15ms倍频模式
' Z2 A3 b4 h: x  ?* k  k
可编程外置过温保护并进入latch
8 o/ I) r* [5 `+ u$ g  ^% D
VDD过压保护和输出过压保护功能并进入latch
% G; M, |0 q% P. H, c4 ?
内置前沿消隐电路
$ l2 v! C7 Y& x/ `5 z6 c6 n
) H1 x' F' h, |4 \7 }: E内置输出二极管短路保护
( r1 h- _$ \7 U" v5 [8 d
内置过温保护并进入latch

% S" F, v: c: @& \9 P; @9 o' X过载保护

SOT23-6L封装
7 D; C' p) v6 y1 l
7 B# k/ K% S; i5 |2 R' r( l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。

2 L- [1 k8 V9 [! p' k4 Y- k基本应用
/ t, H" R' B; Q) ?
AC/DC适配器

$ D% Q" C8 m( z2 E6 V  f3 ?电机类适配器

充电器
+ I; }: t, u' g" U" |5 N( k# s
4 d1 a9 f& ?# d6 D1 a  j' W存储设备电源
4 t, P' X3 Y7 b' V
典型应用

管脚排列
2 y  @& Q5 X) t1 u- e/ h2 _5 W

管脚描述

) K. ]2 D* d0 J1 D- x+ L0 w

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。
& \: e3 I. _' k; @4 |6 s: i- d# ~
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。
' C: a" a5 e3 s# o5 x4 @: t% k, N+ V
  w! I; _/ f. A4 g8 _' [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) ?0 }' R* W, ^, p: `' _02、样机特性
0 t; s0 G6 ]; D% M
2 c- ]8 `8 m. L9 U0 b5 ]& q% A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。

  T( z3 {/ Z4 Q3 g2.1、输入特性：
4 j8 N* N. ?9 V5 l* V+ p' R

$ F$ X" h, M  ~7 }6 c) q$ a0 `; T& I
2.2、输出特性(PCB END)：
) F4 D7 @  Y8 d6 _0 P+ Q

7 K8 r, ~/ Z  a, x3 F
2.3、整机参数：

4 @7 T8 i) m2 q5 W2.4、保护功能测试：
6 v. H7 ]. q& Y6 z% \

2.5、工作环境：
6 y% C/ f* Q5 ~( X# n. K5 Y8 m- K

7 C) Q1 P/ _" H  }0 i/ D: I
2.6、测试仪器：

03、样机结构信息
" d0 M- y" t2 f  A; Q8 ?# W, K
* i- ?+ L3 ~( f' `7 @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。
7 b7 ^9 `) ?& ~. N/ w" f
! t9 l, ~/ Q: t( m# i& r+ a3.1、电路原理图及BOM：

3.1.1、原理图：
# m+ t: T+ y5 ^4 d! w" U# g
: a4 Y( w7 m, J3 h7 i

& `$ A: I# P( ?1 J1 P; Z; {3.1.2、元器件清单：

8 w. G7 ~# a" B- T

/ X7 ^( n) u5 _7 A0 a8 K5 l, h3.1.3、PCB 布局&布线：

- J* u: Y2 v% U/ o& A! I9 W

PCB 顶层布局

7 r" m4 H# k) S9 ]* o

PCB 底层布局

! ]' m' F) L3 p

PCB 底层布线

3.2、变压器绕制工艺：

3.2.1 电路示意图：

. ?. t! R4 w& `* t, Q3.2.2 、规格参数：
9 T+ ?6 _' ]( q" y+ ^
! H  F, i. K5 u! G$ [' o9 v- F, q1）骨架：PQ2620 磁芯（5+5PIN）,Ae＝119mm²；
9 o$ r) t' m8 g& a2）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；
7 u& o$ l, @* M6 }! ]& f- ^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；
+ W2 N  b. u: Y0 I5）绝缘胶带:3M900 或同等材质；
% A/ {. |5 w5 G1 Y+ b6）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）)；
8）耐压测试= 3.3KV 5mA 1Min；
9）成品要求:浸凡立水；

/ d# ^. l/ @( D5 b3 D! A1 Y3.2.3、变压器参数:

  S7 I# H' I( p8 O0 o

3.2.4、变压器结构图：

04、性能测评

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。
! e" [9 d( s2 t* Z
4.1、输入特性：
# w6 E& J* W5 B& o# O6 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。

表1 待机功耗
' s1 [4 [- o( x8 _! V* r

$ \# r' T2 c8 G表2 输出接1.5M 18AWG Cable100%负载下的输入特性

6 K3 f. {( J1 k- S" k1 L表3 效率测试（1.5M 18AWG Cable）

# q3 L# y- C  Z2 m' O3 e表4 效率测试（PCB END）
# V) `1 |* l3 C" u9 z& V

表5 能效等级评估（1.5M 18AWG Cable）

3 j& z/ x, P4 h4.2、输出特性：
0 o5 I% k2 N+ b5 s+ N* w7 O
6 I! u6 ]* c9 K2 m* h4.2.1、线性调整率和负载调整率: （ 1.5M 18AWG Cable ）
6 E: ^3 L& n$ p! \# g$ s

4.2.2、输出电压纹波：

+ R) D& N/ `) h+ `0 _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。
- z+ L* d# t6 Q
: G' `3 Y: a: \2 e( G1 U

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

1 v! M) {1 l" ?# d. X

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

: r* u& s" i, A0 `$ c1 Z/ x

R&N @ AC264V/50Hz,No Load

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

8 Q5 z6 f- G+ f" B4.3、保护功能：

以下涉及过流保护、短路保护的测试。

4.3.1、过流保护：

. r- `, N' q' D- H3 Y

4.3.2、短路保护：

功率计电流量程2.0A,开启平均值模式测量。

9 S7 h9 A0 H) w* U% F$ @4.3.3、Peak_load 功能测试：

# i% q( \) X; h8 [- b# z' X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。

/ r- s3 R( H7 R1 ^/ T, I+ @/ Q) K

AC115V 发波周期12.6mS，Vo 最低15.6V

AC115V Peak_load 功能升频151.52KHZ

9 G2 Q* N: z2 s! e

AC230V 发波周期11.2mS，Vo 最低18.2V

AC230V Peak_load 功能升频151.52KHZ

& y# q0 d1 f. _3 M) j! J6 f, @4.4、动态测试：

+ `$ Y: t  v. F9 s3 _& q7 S+ 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)

3 ^1 e, U. ^. X& a6 I' M2 `

AC90V_5ms

AC90V_10ms

AC264V_5ms

: n( @& F) z: N9 V/ m2 a6 w

AC264V_10ms

4.5、系统延时时间测试：

$ s- f, V7 R% b) B7 v  I7 C- _$ Q

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

: i1 V) i' Y1 u" C- e/ V

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

+ C( v; q- y2 N1 X* ^) B

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

4.6、其它重要波形测试：
" T! R8 y! X) }% |9 }

AC90/60Hz，100% Load CS 波形

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

2 A5 Q( H& t0 ^; ~' t5 _05、温升测试
( m, l/ t0 g/ I- G; ^
测试条件：带外壳在40℃环温下长时间带载3A 老化。

) F" a; h# }, B: }" p2 j

1 I/ h( ~8 l) G5 ]; d# l5 w+ W06、EMI 评估测试
2 T, ?: i: f/ a9 G( V# f! B9 ~
测试条件：
$ u- F2 N- ?" A# @+ e
, @; R: D2 p0 Q) d; o. Y& j$ r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）
4 W8 o- ?" b+ U" V% G$ c1 k

AC115V 传导L 相

AC115V 传导N 相

! C9 V3 p8 \: Q4 Z2 m7 f

AC230V 传导L 相

AC230V 传导N 相

0 K" t+ L5 u7 `2 t) v: o

AC115V 辐射

, Z/ D, E- g. R; n/ x; u9 q

AC230V 辐射