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

- x( e! F! C/ [6 _
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

7 k3 n! X0 H  V) k$ D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。
# `8 e% `: K' N* J2 x' p! K
2 o* z% A  I1 U- z  X# M9 J

CR6890H_20V3A 工程样机示意图

, ~3 ^' u) D% w7 N5 U; |CR6890H 芯片
& W7 U/ E8 h. d: b0 u/ p2 ~% K
8 P# ^% N5 C* @5 z" F, JCR6890H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。

: H* D' {7 m; Q' \1 d# ?& J  P特性
- [' Q+ m; ?: b! p1 a% q
# [; Y% [6 P! d" C0 O4 g6 W) l* ]较低的启动电流 (大约3μA)
% \7 e' j& W) o3 {6 ^# [* ?, E
7 f6 }" M  l. y( L, Q! O- x: r内置软启动减少MOSFET应力

带有Peak_load 升频功能；

CCM+PFM控制模式

% X" ^0 c6 L4 H内建同步斜坡补偿，消除次谐波震荡
5 j$ p* l! T! {# }' q0 C
+ p# }( k) w3 l0 P) o" H3 ]" X2 t内建频率抖动功能，降低EMI

内置65kHz开关频率

$ M8 y& g: E# w6 S5 J轻载降低工作频率

15ms倍频模式

可编程外置过温保护并进入latch

7 p3 c6 t5 k3 [7 x) h: \) F6 tVDD过压保护和输出过压保护功能并进入latch
9 d1 R3 S- o6 I4 g0 K
/ P$ X$ F6 H3 k! M( {: A& K内置前沿消隐电路
2 b; D1 u# R& L* }- }. c) f
" Z" S3 D8 U& H% i; Q8 y内置输出二极管短路保护

内置过温保护并进入latch
: ^7 P% G- k6 L  S* D3 [
/ P/ y1 Z3 f. k过载保护

SOT23-6L封装
( z, Q6 C3 D. _0 [# R. Q* m" s: t
/ }+ _0 I9 h% ]5 t2 \  U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。
5 h# G% R. o3 ~+ h
! W5 G* n" A, U3 S8 o+ {+ ^基本应用
4 K- h  S! v- g
AC/DC适配器

" B! d+ e, t0 l电机类适配器
7 r* E# Q+ O( v, `3 S) M* S
充电器

0 @, P3 t8 g9 K+ E% l+ A  x. [! z存储设备电源

典型应用
8 N! l! T( B3 S
! L0 T3 Q; J  }% b) \4 y/ z

管脚排列

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。
; H9 c7 q. @# L( Q3 Y1 O
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。
: O& b9 ^. v4 f, Y) i
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

4 E/ g4 T' {1 t, }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：

. B- N/ o! i* Z7 M5 m7 d2.2、输出特性(PCB END)：

1 q& ?3 e* q0 ?1 R' ~: t
& N6 B$ h6 Y3 T/ J2.3、整机参数：

2.4、保护功能测试：

0 D8 A8 _, u* a/ V; \$ H. c2.5、工作环境：

$ G' }& w) [/ L7 g0 \3 ]
2.6、测试仪器：
6 f$ z2 e0 I, `6 N. L/ X4 U: m

03、样机结构信息
8 d8 v# ?' b1 s+ B9 {% d  [
0 \( T7 `' N4 o" K* i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。
4 Z6 O, x8 {& ^+ C
3.1、电路原理图及BOM：
, T) p4 X& c. n9 x* n2 u& X
4 j$ l" y, _$ P3.1.1、原理图：

3 Q0 g/ P2 C3 M& E

3.1.2、元器件清单：
- r- y7 E% X* s

4 s/ F2 G7 V" J  X3.1.3、PCB 布局&布线：
( _2 [( w; @* n9 Y6 R3 L0 @* g7 v

PCB 顶层布局

PCB 底层布局

) R' h# F' L9 M2 P. f$ ^9 N4 @

PCB 底层布线

3.2、变压器绕制工艺：

, Y  T% ~! \, M. \7 a, @+ I& g1 ~3.2.1 电路示意图：

( [& K, Z$ l4 c+ l% _0 T6 c) P) A3.2.2 、规格参数：

1）骨架：PQ2620 磁芯（5+5PIN）,Ae＝119mm²；
2）材质：TDK PC40 或同等材质；
  B' S6 h, ?6 U* W. D6 t! I3）初级、反馈: 2UEW 漆包线；次级: 三层绝缘线；
7 p1 `/ n0 O5 A7 Y( r8 ^% h/ Z, `3 [7 @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；
( o$ g! h2 V. T# f; r- k: v, u- F: M, Z5）绝缘胶带:3M900 或同等材质；
' ]' |7 C; Z' l! H1 G6）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）)；
0 B# K5 U3 E) |, b- z) u8）耐压测试= 3.3KV 5mA 1Min；
9）成品要求:浸凡立水；

3.2.3、变压器参数:

! t# |. i4 i: A7 \* s" \3.2.4、变压器结构图：

- M/ w) u9 o6 g% d% N" z0 K04、性能测评
6 }5 }1 N  {2 g. U' K* V2 ?
, f2 H+ \7 p0 p& Q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。
# F- K3 @/ E7 l* m) N& m; t
4.1、输入特性：

$ H2 t0 z  J& M( d3 Y$ i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。
; t; s5 a# o; _
表1 待机功耗
- F- }" Y  r2 O# U- _( _

2 {( k% u& m# A8 V0 [表2 输出接1.5M 18AWG Cable100%负载下的输入特性
) y* C1 l) Q- j* @1 ]  @1 s, ]

表3 效率测试（1.5M 18AWG Cable）

表4 效率测试（PCB END）
8 d2 k  {% n. V( p

表5 能效等级评估（1.5M 18AWG Cable）
" ^0 N5 ^  S9 K* f7 W

5 n; U3 S; c5 K, H$ D( E4.2、输出特性：

7 c6 G! i/ M5 C- W6 o0 D4.2.1、线性调整率和负载调整率: （ 1.5M 18AWG Cable ）

4.2.2、输出电压纹波：
- u. t1 m0 L4 e, y
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。
0 L$ Q6 {, [& d( g/ I

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

6 c* P- j" Z9 ~9 _# [" u. B& R

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

R&N @ AC264V/50Hz,No Load

8 I3 O4 u" p! f9 i% i/ l3 }

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

4.3、保护功能：
8 Z! L$ A! t1 ?( W' X
) ]* j. V7 a4 d, _! p以下涉及过流保护、短路保护的测试。

4.3.1、过流保护：
- g% M9 p+ b! n3 c

4.3.2、短路保护：

* N; t8 W7 U; L功率计电流量程2.0A,开启平均值模式测量。

) }2 B( I. q: ?* X0 R" F5 m4 ~

4.3.3、Peak_load 功能测试：

, P' ^% z- v" W) l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。
. S' x7 ^5 i* y" l- D
1 D& z9 L  e0 W; O% x

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

8 j9 X& r* x; S! i. J3 ]4.4、动态测试：
: K" W5 ?0 r! Y  o5 M3 n
" C. x3 j9 W- \1 r1 m' }$ {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)
# Z$ }7 m5 m4 h! U7 m; F

AC90V_5ms

AC90V_10ms

AC264V_5ms

; H" M" @" z, c" ?

AC264V_10ms

4.5、系统延时时间测试：

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

! }7 E# n: m$ ], H. j1 }

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

9 s: \3 J$ c, ?* D+ [+ o9 ~8 \0 L( n

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

4.6、其它重要波形测试：
0 N2 e6 ~5 X7 N
) ~5 o2 D4 i% A1 _7 Z9 A

AC90/60Hz，100% Load CS 波形

AC230/50Hz，100% Load Gate 波形

$ ?- j4 _* ^4 }, H

AC264/50Hz，100% Load 输出肖特基波形

) G( f. P7 W& P% I) R) c- I3 n

AC264/50Hz，100% Load MOS-D 端波形

05、温升测试
2 f& m% i* s+ i
测试条件：带外壳在40℃环温下长时间带载3A 老化。
5 v7 U/ F2 M5 N6 {4 A
' \" U* M2 R8 m+ `* D1 H. \: N

06、EMI 评估测试
7 H9 _  D* _- O( M3 h' z
4 b" [  a1 C0 S% x3 i  x测试条件：
- ~& N, l. p0 J/ z8 }  W8 C; @5 l
# B+ F1 y2 V0 p6 e3 ?4 S输入：AC115V/230V；水泥电阻阻值6.67Ω，带线1.5M 18AWG 测试；
( |# G3 H/ B9 f限值标准参考：EN55013、EN55022B。（测试结果仅供参考）

AC115V 传导L 相

6 ?0 `6 y$ B7 h4 m3 J/ F: K3 o, V/ u

AC115V 传导N 相

5 m( H' B' N6 N6 I3 ^' B; N

AC230V 传导L 相

AC230V 传导N 相

! s0 P& `# w: ~7 E. ^

AC115V 辐射

; @3 j  m1 C6 {% D9 _/ N

AC230V 辐射