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

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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。

4 s. M8 B3 N, [9 G# H01、样机介绍
" `; ]2 l1 P0 N9 c/ }; g" p
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。

) w* V% H0 C) T$ O

CR6890H_20V3A 工程样机示意图

CR6890H 芯片
3 g5 T% F8 j; f# ?
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. Z) W% T9 D( e/ u2 d/ M
" e! {  I3 l/ x特性
: ~+ z/ C& |8 V+ {
较低的启动电流 (大约3μA)

内置软启动减少MOSFET应力

带有Peak_load 升频功能；

CCM+PFM控制模式
- w, q9 O5 x) ]! Y. f  L
7 X& G) t) Y  R  X; Z# x) L内建同步斜坡补偿，消除次谐波震荡
2 |- H" I. O6 F- `
- J  E; b! G6 R0 b; U6 l内建频率抖动功能，降低EMI
5 r4 B8 x& w) R; x9 ]
  H+ g: y* @% s* g3 L) M+ c. \内置65kHz开关频率

轻载降低工作频率
/ k" j7 A( p3 u. a7 E+ B0 z% p
15ms倍频模式

  C% p/ a8 ]! p2 c8 @可编程外置过温保护并进入latch

" {6 y! _  T9 }1 {3 y6 tVDD过压保护和输出过压保护功能并进入latch
4 K+ S+ K# N* t# o( f
, D7 y: F, R  S$ W内置前沿消隐电路
+ f& d# u+ @5 q7 R' \
7 N) n4 m. ~1 r! P; N. E内置输出二极管短路保护
- J5 z- h& e2 D8 W+ _& x2 w8 a
内置过温保护并进入latch

1 d4 |' E3 q9 h6 V过载保护
, \  }* e" y/ r# X6 _. G
SOT23-6L封装

6 ?1 X, {3 x$ a1 h: 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。
8 W, L. t, h4 {& R6 d4 ?
基本应用
1 B! ]  v/ ?+ O4 J9 n* P8 _
& W0 h0 x) _( F  u/ C9 B  fAC/DC适配器

" W. F+ A1 R7 D, D, q" Z0 t电机类适配器
( S! n0 j2 J, ]- ]; @! t8 O
% d2 n1 o) |8 D" B9 O4 @/ X充电器
, ~- c+ H" D# A5 n8 Z
* N; o1 ]- u* m7 I# w存储设备电源
3 `% `& X3 k: k/ _% x
典型应用
8 k! M) L+ w  O

( h- _  }/ X0 j0 g- w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。
) C: z1 F9 t7 n' \7 u
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# k& {- D/ A
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。
: x/ n4 ^% X+ K. d' g; z
. W7 q/ @& k* Z5 y! ^' B02、样机特性
# T. e3 p2 q" s1 D
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：

2.2、输出特性(PCB END)：

2.3、整机参数：
2 E" ]& T) N3 ~1 a: H" f6 ^

2.4、保护功能测试：

7 n- y3 `( h/ N- j2 u/ p7 r2.5、工作环境：
- J: c/ P# ~7 p/ ]( \

9 A" _$ H2 `, _/ R+ J8 [
& [% d5 _; t" D) @2.6、测试仪器：
7 _9 _% A. {; E: P$ c: c1 ?

03、样机结构信息

/ `& K3 R! f5 D! J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。
* Y$ j6 R5 z6 C' T+ d" U
0 X% d0 e0 O3 j. Y. {3.1、电路原理图及BOM：
+ ?9 [9 [% M4 `: g
( r: [/ D1 Q. @8 Y  r% q1 A3.1.1、原理图：
. e4 o" f# P( x! `* Y( x

8 l& u. t1 D4 B& {$ x6 I% ~3.1.2、元器件清单：
1 y6 ?. G* K, m

3.1.3、PCB 布局&布线：
9 b+ Z7 I; s9 K' y7 H

PCB 顶层布局

PCB 底层布局

! Y0 T0 j$ l) ^: y5 `9 Y

PCB 底层布线

3.2、变压器绕制工艺：
$ g6 S$ ^3 i) j
3.2.1 电路示意图：
$ N3 d7 y  [! L+ j

3.2.2 、规格参数：

. _) e& H% r5 p7 B5 d& c1）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；
2 V9 H( y' r) e  T+ Z4 J" c4）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）；
  }3 P7 @) H- \* d7）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）)；
3 D+ W. J" s" [9 Z; i8）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:
1 W1 `3 ~( u. A% V
  R4 Y6 J7 J  E' \. X8 b7 q

3.2.4、变压器结构图：
2 s* w8 J! u8 r" f5 `6 M- ^% c) ^: Y

" P8 ~0 s7 ], h' V9 [% h/ b) T5 ?04、性能测评

. @, ^& ?" ^$ P0 ^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。
) L- `4 ?' q. G/ W  U
4.1、输入特性：
2 z5 _  w4 F/ ]9 ~
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。
6 |, R' R: c8 R5 Y% ^' t
表1 待机功耗

表2 输出接1.5M 18AWG Cable100%负载下的输入特性

' ]' B& [. [  k& w, u表3 效率测试（1.5M 18AWG Cable）
" [# H) e/ s" o/ J

表4 效率测试（PCB END）

6 N! u7 _% y- c8 o表5 能效等级评估（1.5M 18AWG Cable）

4.2、输出特性：

% q1 B; B) ^3 p# U4.2.1、线性调整率和负载调整率: （ 1.5M 18AWG Cable ）
4 _% r( W( C& F

- i. i3 x3 i; m' l5 C' h. u; T% r0 k4.2.2、输出电压纹波：
% `; J' o5 a1 }8 G) p; d1 U! W
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。

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

% ^- j" V& L3 a6 K4 ]: j

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

R&N @ AC264V/50Hz,No Load

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

& @8 |: x9 x& _) c/ ^4.3、保护功能：

以下涉及过流保护、短路保护的测试。
$ Q/ u& q5 `1 s! B
4.3.1、过流保护：

" ?/ a/ H8 W* P/ t

# K0 {& |: _9 W. Y& D4.3.2、短路保护：
3 c! r6 e, J& K' c: X
功率计电流量程2.0A,开启平均值模式测量。
7 z. |9 C) _8 c) D6 h

4.3.3、Peak_load 功能测试：
3 }, d- b6 J0 e+ {' Y; D# D
8 P% t5 o8 ^  O7 {" M5 S' Q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 O6 j! O, Q. @% m

AC115V Peak_load 功能升频151.52KHZ

( n; `! Q- b& z6 T

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：

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* M; y/ F, o2 f5 A

AC90V_5ms

AC90V_10ms

, b& |, g9 G% _8 n) C: q' w" q

AC264V_5ms

AC264V_10ms

: A0 x2 t; k9 u" E/ @4.5、系统延时时间测试：

, T/ Z% F' z0 [' i7 Q* d% X

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

! J* V) ]/ K* ~% |3 n

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

( j/ g) a3 N; B5 U# O5 L5 x3 u8 Y4.6、其它重要波形测试：

AC90/60Hz，100% Load CS 波形

3 M" M" D5 F: x5 o! V

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

05、温升测试
2 @; i1 y. {1 I6 Q. e4 `' R! g
测试条件：带外壳在40℃环温下长时间带载3A 老化。
2 L; [; Y- p. _2 T  x
& k/ F( l3 l# E

06、EMI 评估测试
4 F' {: E* e1 N; c! k* `
/ b+ E* m; n8 G3 y- C! N9 W测试条件：

# o0 [0 [: L# I5 v( x输入：AC115V/230V；水泥电阻阻值6.67Ω，带线1.5M 18AWG 测试；
5 C1 T+ b5 J0 f2 P& X$ Y! _1 x! {限值标准参考：EN55013、EN55022B。（测试结果仅供参考）
# i- P1 w6 T% j" \& h9 L6 a( {& r. `

AC115V 传导L 相

AC115V 传导N 相

3 [3 o  D" X+ m$ b- E

AC230V 传导L 相

AC230V 传导N 相

8 ?+ \! r1 h/ b

AC115V 辐射

AC230V 辐射