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

, S* _7 j( v! N( ]  Z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
  B0 q" C% E. L; [6 f
0 {2 q7 @4 X0 E* o. 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。

CR6890H_20V3A 工程样机示意图

CR6890H 芯片
1 `- H$ x. G5 k0 K% I4 n6 l, 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。
( z, a& _2 r/ z- [* l
特性
& R$ C9 J$ F. v2 T1 r0 B' q' Z; K
7 v0 H! B7 o4 h9 D2 }: X* D5 }. {较低的启动电流 (大约3μA)
: C, ^" K0 @) U
- O* J/ }  l% ?" I% A2 S内置软启动减少MOSFET应力
" P2 p* J6 ^; D5 v2 l' Y/ z
带有Peak_load 升频功能；

CCM+PFM控制模式
5 |5 z1 ^" }* N0 u! r% K" ~9 N* E
内建同步斜坡补偿，消除次谐波震荡

: T. I4 t4 u0 P% d5 E9 q内建频率抖动功能，降低EMI

内置65kHz开关频率

; e( X' b8 }. O0 ~. S轻载降低工作频率
. T) W6 d+ W+ i1 ^! m4 a" N. _
15ms倍频模式
7 _# {0 n8 F& w$ R5 l$ o* [: Q
可编程外置过温保护并进入latch
" f* n8 U/ {2 ?, O# X! F* z
0 H) U/ x, u1 a7 L( xVDD过压保护和输出过压保护功能并进入latch

; B& Q: p! Z; ?1 R9 d内置前沿消隐电路

内置输出二极管短路保护

内置过温保护并进入latch
% _, p4 g4 }" {: e7 I& r4 C7 Y
9 K  `' U+ C! @3 F. b过载保护

6 c1 Y: P% s2 ^  b' J$ u6 J# vSOT23-6L封装
1 ~; @; j- C- a# i
- l8 H" {+ O9 q* w! B% U# p# P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
! e9 y' X1 d" P2 q  f8 p
AC/DC适配器

* ?& h# T! E5 V( g2 L电机类适配器

充电器
4 Y# E6 v& f# S7 I: h
存储设备电源

8 v3 b( y1 O+ C  y. ^& p' m3 J典型应用

管脚排列
+ L1 F% Z7 i( h; n; W7 ~2 @) K

管脚描述
0 r& b$ j% F7 \. ^# H" w
6 i, m  A5 [  y8 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。
& p! c" Y; x5 q+ K
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。
6 B0 \. _' a; l; ~; n8 s- \; w
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。
/ w' y6 J7 g& ?. o
- e3 ?* d% y! `! y02、样机特性

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：
$ V; [" T+ f6 v& G* K2 g, m8 N

2.2、输出特性(PCB END)：

2.3、整机参数：

0 _6 b2 {$ `9 |" T) ^2.4、保护功能测试：
% R% A: t( l1 b3 h& c! }

2.5、工作环境：

- ~9 J2 f& Z( f0 p
9 E! i1 Z! u* _" L1 d2.6、测试仪器：
4 |, ]; G: v$ E, e, f5 x! @8 R

03、样机结构信息
, c" k0 a  G: p* Y' u7 s
* v5 X6 E8 A3 T& U: ]2 h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：
8 N5 M7 r8 y+ c2 R8 m% E8 l
, @7 g; x3 R6 V" u. D$ S0 x3.1.1、原理图：
" P! S! T# w3 l2 p9 {+ [: }8 |8 ?& n

3.1.2、元器件清单：
0 Y( p5 U8 q$ k3 l4 P. I. T
' S" R% i7 P. \

3.1.3、PCB 布局&布线：

/ B$ U0 u8 R$ ?

PCB 顶层布局

PCB 底层布局

% a* w9 X3 ?9 G* J. u4 Q% b

PCB 底层布线

3.2、变压器绕制工艺：

3.2.1 电路示意图：
0 W" J; X3 n: Q8 [8 W

3.2.2 、规格参数：

1）骨架：PQ2620 磁芯（5+5PIN）,Ae＝119mm²；
2）材质：TDK PC40 或同等材质；
% ?- a* b' ^. h0 M1 q7 D3）初级、反馈: 2UEW 漆包线；次级: 三层绝缘线；
5 g! `. T! M% t& d) A# g0 ?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；
5）绝缘胶带:3M900 或同等材质；
; t  W9 I4 ~5 S: Q) v( z6 O6）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；
; u2 }* i: K. K! `2 U9）成品要求:浸凡立水；
' c# }: x0 s+ r1 j- N8 K  d
8 R# P& [4 W7 M# E, b4 m" a3 w6 w9 k3.2.3、变压器参数:

3.2.4、变压器结构图：
( m4 f, l$ f" Q( L

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。

! P# n9 M; P: |+ o4.1、输入特性：

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。
7 R) B& m2 [4 O5 _
表1 待机功耗

表2 输出接1.5M 18AWG Cable100%负载下的输入特性

& g7 N5 L5 Q. i, n& h/ i& g0 {3 s# `表3 效率测试（1.5M 18AWG Cable）

8 `  d( A# H- S$ m8 e, y表4 效率测试（PCB END）

表5 能效等级评估（1.5M 18AWG Cable）

! a5 s" f& g% a& c) |7 M) D4.2、输出特性：
" {9 P4 D. L$ F6 C" a1 Q6 S
4.2.1、线性调整率和负载调整率: （ 1.5M 18AWG Cable ）

2 @' t# n3 x; Y4 ?$ u, ^
* U7 \% o9 F" I+ w+ t4.2.2、输出电压纹波：

+ m8 f, L( G1 k7 z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。

/ [! |( x3 U/ q4 H% e. `4 M2 @

( F4 C; D  b8 C

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

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

R&N @ AC264V/50Hz,No Load

' B+ y# t# C: m0 N

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

" Y8 M7 `9 [% k% L4.3、保护功能：

( |! k' a5 a4 f. _: J以下涉及过流保护、短路保护的测试。

/ ^3 ~: r8 b/ `1 F4.3.1、过流保护：

+ K# H. |: h. h& X! n" Y* R

4.3.2、短路保护：
1 u$ m' ^  ]: N" s& ~+ R2 z
' W' T! P5 L% q1 n$ O2 R- p功率计电流量程2.0A,开启平均值模式测量。

( D' `: H  U0 F4 e4.3.3、Peak_load 功能测试：

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。

' P% m" H5 i8 q! D- l' ~

AC115V 发波周期12.6mS，Vo 最低15.6V

AC115V Peak_load 功能升频151.52KHZ

AC230V 发波周期11.2mS，Vo 最低18.2V

AC230V Peak_load 功能升频151.52KHZ

. E8 h8 C6 e6 j! Z( ~- G4.4、动态测试：
3 s4 L. X$ a. M3 a
+ R; Y: u3 \% @" L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)
! L* U' u) x$ V9 T, ]/ E
" G# {! o$ [- V' ]; ^- \

AC90V_5ms

AC90V_10ms

% I% ~' [0 A# K, t1 o& h  a

AC264V_5ms

AC264V_10ms

* ~' ~* n! U, W8 z- Y  ^4.5、系统延时时间测试：

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

$ y5 n$ x$ n# M7 O% c& z2 }

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

4 H9 ]2 D# z; v0 ]3 T

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

4.6、其它重要波形测试：
" R3 z) L' n+ C: T8 ~9 ~4 j
0 J/ t1 h, _8 W2 ^4 W8 Y

AC90/60Hz，100% Load CS 波形

5 ]$ @4 Y9 X) @9 N" @  [6 [

AC230/50Hz，100% Load Gate 波形

0 Z/ s/ e1 I, W1 I2 x, R6 c6 S# w

AC264/50Hz，100% Load 输出肖特基波形

/ ^- k) L1 ~9 _7 o" j# d. Z

AC264/50Hz，100% Load MOS-D 端波形

3 }  d6 v9 y( S- A8 e2 V, r* [% P05、温升测试

测试条件：带外壳在40℃环温下长时间带载3A 老化。

( q8 ~' m  T, X: j$ F

8 k# ?9 ^; n; A- a3 U0 U06、EMI 评估测试
: U6 \. ^% c+ b2 l
测试条件：
  p. v" B# i, m
+ X3 u. \6 l! y4 {: ?+ g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）

5 N% h6 \/ c1 j: j) {

AC115V 传导L 相

AC115V 传导N 相

AC230V 传导L 相

AC230V 传导N 相

AC115V 辐射

AC230V 辐射