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。
  Z+ g" q3 e. J
4 u& p+ C5 h$ U- c) C" b! U/ C5 o01、样机介绍

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。
5 i# S% s, n# h5 |0 E
特性

9 t4 v. V6 o: s: S较低的启动电流 (大约3μA)
4 c  G& M8 [5 o) |* `8 Z, ?
% T9 k: ?( P& D, t内置软启动减少MOSFET应力
6 ?/ N5 L& @4 \
带有Peak_load 升频功能；

CCM+PFM控制模式

( }6 S" ~9 o  v; o; P内建同步斜坡补偿，消除次谐波震荡

+ }& l- D2 e1 W$ Y$ x内建频率抖动功能，降低EMI
5 X$ A2 f0 v/ ]# H) z# Z8 n* L5 c" {/ j
8 P/ Q# B6 Y& X内置65kHz开关频率
- H: b& ^7 Y  x7 N1 H% _" s
, k$ x2 T/ l0 |. J3 h* B轻载降低工作频率

% _. F' z# c, v- A: n  V" y15ms倍频模式

3 @: n' r+ x( }2 @. E& J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
# U7 R% c( Z3 C. `
3 p1 U, p6 q+ g3 M内置前沿消隐电路

+ i% G7 r" K8 L  j. i' h: d内置输出二极管短路保护
9 `8 o8 m. V6 O# B
  l! c! @% U6 k内置过温保护并进入latch

% j, [" Z1 v- x+ H! o0 e: G过载保护
, O5 W* v6 |2 N# c$ z. c
SOT23-6L封装
$ g3 U2 Y3 Z) `" z1 J/ E( E) 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。

基本应用
. ?& }3 P, j( X2 {, \+ _7 p
+ e  A& l5 J1 o8 F/ pAC/DC适配器

电机类适配器

充电器
$ A, e! p# l9 {! n4 _  n2 P' D
) r/ H% G; L- f* _" B存储设备电源
. M3 n6 o; Q# |6 C# q
- G4 U9 D1 T. ?( }) N# f+ O& @典型应用

管脚排列
' ~3 u0 N1 |' A' v& @) J
: A7 Z! `% V0 n) K

管脚描述
0 r& g; j2 ~& T- t1 d
) W6 M$ a0 Z# n3 b. t6 O

& D( J4 Z: H; c+ D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。

8 D/ i  N3 n! X' E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。
6 h7 D8 S- F) Z& q
* Z2 q8 F6 V- l8 r02、样机特性
% W' t3 G/ L. c* ^7 L# d! v' }
# B) \/ O. X# p& c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：

2 r* w: N' |3 Q- C2.2、输出特性(PCB END)：
* ^3 r) B) n, J9 k- O# g3 W

/ J, I6 W* P' x6 r6 G3 X8 C* v
2.3、整机参数：
1 U6 `' A3 J! [9 B3 y3 a3 e/ I9 _

) d9 H, v: V5 ]5 n  ]1 h# s0 `2.4、保护功能测试：

! k, d+ Y4 Y- N$ M3 `2.5、工作环境：
2 |1 q1 I/ p1 j! }3 @

4 y5 H7 p. \- Q! `4 Z2.6、测试仪器：

03、样机结构信息
- Z! @. Y' V2 b0 m1 ?& n
, `/ i, [- M0 b' Z& w7 |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。
# |1 J* o2 I( g  R
3.1、电路原理图及BOM：
- r* r7 O4 R  {2 u# B
3.1.1、原理图：
1 \1 [/ k8 R$ L1 d' k7 D  a) U8 G

3.1.2、元器件清单：

7 ^, Z3 i7 v2 c) C2 Q& H  e" `

3.1.3、PCB 布局&布线：

: F& a5 Z, ~% c8 X

PCB 顶层布局

. o+ a3 x9 D" B' a; B

PCB 底层布局

PCB 底层布线

3.2、变压器绕制工艺：

: u! e/ a& k9 l- P" z+ E. u3.2.1 电路示意图：
0 ~2 u4 f) a- x0 f0 v. O! T

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；
9 p- z" q  p0 \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；
5）绝缘胶带:3M900 或同等材质；
, j# s' {4 G. V. O. p6）初级绕组感量Lp：0.6mH±5%（测试条件：0.3V，10kHz）；
/ @' M0 U7 Z+ f" H1 ~! f7）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）)；
" S3 @4 Z, P3 @, o7 }8）耐压测试= 3.3KV 5mA 1Min；
) P. q: `' Y, e/ Q$ c( B9）成品要求:浸凡立水；
: z9 x4 [9 n* }* O1 _7 Q6 f
+ ?! y9 ?# w* D  x3 h4 K1 D3.2.3、变压器参数:

: T6 D$ n+ V5 g& S

) D0 _: l- m+ m* r  B- ?( ?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。

! _0 l5 K! C: X8 N9 m4.1、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。
# b5 x: P8 z. F' V3 ?
表1 待机功耗

* S0 Z9 X( V# q5 m4 _' r表2 输出接1.5M 18AWG Cable100%负载下的输入特性

/ T! [0 P8 O$ e) {表3 效率测试（1.5M 18AWG Cable）
# d+ R; e8 t0 l% L

表4 效率测试（PCB END）

* _1 ~/ F% ^: I, B7 ?4 c5 ~表5 能效等级评估（1.5M 18AWG Cable）

4.2、输出特性：

4.2.1、线性调整率和负载调整率: （ 1.5M 18AWG Cable ）

4.2.2、输出电压纹波：
/ V4 m# s) u0 I$ b' X
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。
' w  T5 l. z5 B9 p: s

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

) T. ]9 C2 e! j2 R; z& n$ N

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

R&N @ AC264V/50Hz,No Load

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

4.3、保护功能：

以下涉及过流保护、短路保护的测试。

  G% T' ]1 V3 s( Q4.3.1、过流保护：
: V+ p5 Q& ^8 _( x- |6 Y/ r- W
/ K; X  d9 [, J3 Q# O1 a" [3 @( t

$ Z5 ^" Y5 `- t# V/ @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。
6 }0 v6 B+ P+ ^: ]1 p+ }+ T4 P

) i7 a$ v1 f; y) B4.3.3、Peak_load 功能测试：

; Y4 S% ?2 @* [; B4 S  H! ?% ^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。

4 Z2 s. g) T) W0 C: c

AC115V 发波周期12.6mS，Vo 最低15.6V

( d/ @  Z$ F9 |4 ]& u% N( b( @

AC115V Peak_load 功能升频151.52KHZ

( {% R, E" g9 r+ P  K, 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：

* \# c! }  b0 {9 F4 f% F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)
" K+ j$ {6 O5 K
& L* D+ C, @4 p1 s( k& e/ \4 g

AC90V_5ms

AC90V_10ms

AC264V_5ms

  L: O# R5 W) x6 Y" M

AC264V_10ms

5 j1 X) ?. N5 g4 l( w( ?4.5、系统延时时间测试：
( s3 b' J) k: L# F2 N
$ o+ p7 }3 P2 [" o( u  V2 }

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

( I0 g, x. ]3 x# [4 g6 V

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

: n8 w. s  T3 Z, @# M

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

$ i; e; z  [% X. u. R; B' L4.6、其它重要波形测试：

4 h3 i! t6 ]; H$ c

AC90/60Hz，100% Load CS 波形

AC230/50Hz，100% Load Gate 波形

* N0 p3 ]: o4 V1 @4 L( R

AC264/50Hz，100% Load 输出肖特基波形

- n6 `! m& \: r6 G

AC264/50Hz，100% Load MOS-D 端波形

05、温升测试
) M5 Y- @! L3 `7 ^; n
/ ]6 f: W( X3 |* f4 x; _测试条件：带外壳在40℃环温下长时间带载3A 老化。

; ~) L( ]. A5 l$ u

06、EMI 评估测试

- D1 k8 l' g/ X1 I+ [+ F测试条件：
- N1 A' E, d' R+ [. y: s. 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）

# u" ~9 n+ u) w/ r

AC115V 传导L 相

7 ~8 j1 q* m+ |$ @* g4 V

AC115V 传导N 相

AC230V 传导L 相

AC230V 传导N 相

1 @, o" o) W9 j6 v3 y! L

AC115V 辐射

# P* Y, r1 ^) q% Q" e

AC230V 辐射