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

+ C  E" e0 l5 L" _
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。
0 `" U$ |. x/ W" ~* [7 P
01、样机介绍
0 B, S+ b/ b4 |4 t8 g6 Y' F* g4 E
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。
& l  A7 l; x" i3 w5 U
9 W2 L: G+ w* j8 K; s

CR6890H_20V3A 工程样机示意图

: o! r' l8 m9 j. y: FCR6890H 芯片
1 ~0 ^% ~/ ?% @# p! Q
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

较低的启动电流 (大约3μA)

内置软启动减少MOSFET应力
8 B+ M9 ?' R; J* ^4 ^, Z4 |
带有Peak_load 升频功能；

CCM+PFM控制模式

: m7 v" c+ e, l! v  p( L内建同步斜坡补偿，消除次谐波震荡
2 F* k. h8 {/ @  L, n2 U2 N  F
& d# @4 T) j. P3 Z内建频率抖动功能，降低EMI

8 `, X. ~& M# n# A0 p5 A7 d内置65kHz开关频率
2 W: \+ Y# O# Z7 `: k( Z0 k6 f! ?
- O) z& G/ H2 i$ Y! S轻载降低工作频率

15ms倍频模式
* \3 `8 ?, z$ h8 V
% n  Y9 ^4 a0 I+ j0 e# Q可编程外置过温保护并进入latch

  |5 e6 J6 u6 @; O  BVDD过压保护和输出过压保护功能并进入latch

. Z; c% d1 A6 u# j内置前沿消隐电路
5 e: u5 V. ^- n" y: a
+ y) r5 n) [0 `" }2 u- w. L内置输出二极管短路保护

内置过温保护并进入latch

. I, ^* Z6 Y7 R, W, x过载保护
- k! y$ Z; o& c0 ?4 F
7 A4 L9 t& ^3 S+ M- h# aSOT23-6L封装
- Q) u; B7 y9 o) m0 j# ^/ E, 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。
) }7 ?' a7 b$ Z0 _* i  G8 O
2 _: o! {- s5 {# G) \: j基本应用

AC/DC适配器

电机类适配器
: d  n5 p+ v0 s: `8 j3 S% D/ q
4 r# N3 j( I# r' s# p6 g4 O充电器

存储设备电源

典型应用
  b! \: Z6 b  C* q+ D
8 p' C# J( |- L% q' K6 d; b

管脚排列

& l0 r7 u, T3 t0 r( f

管脚描述
' V, U! \2 T! N! z; X" n* y; l) \5 b; I

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。
! j. Q5 D5 q# i' _! K) a
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。
* H  C& Z1 |9 N- D
02、样机特性

6 X: d; H6 G; I& U% g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。
: G3 |4 B0 U' b
* \, o$ M5 m+ [4 B& T& Y3 D) x/ X2.1、输入特性：

2.2、输出特性(PCB END)：
2 E0 I4 `) ~& V6 E7 b' m2 I& i

: b: Q/ G& C# K3 R0 X8 G, K2.3、整机参数：
) t; \  D0 Q1 {/ y+ ?, O) F

2.4、保护功能测试：
2 H9 u* i$ {- b) }4 I

2.5、工作环境：
: P% s3 R  Y- ]" m' Q$ X

  Y* D3 y9 j, a: @2 W1 m5 |0 B% l0 `
3 R: v( Z0 r* h1 Z# r' d* O8 ^  f2.6、测试仪器：

03、样机结构信息
) D+ h! n- _$ M/ ^
6 w7 r5 Z4 j/ e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。
( ]. S* j& {( [- b9 i" r2 F
4 ^% ~8 O$ G8 d3.1、电路原理图及BOM：
$ C9 O5 C) \& |6 o
3 A2 w# p4 Z  K( u6 q% ~6 P3.1.1、原理图：

+ @# W; d$ r7 g: v: J( S! x$ O

$ |- g& X% E' h- p/ |! P. B3.1.2、元器件清单：
+ w, N5 I0 q3 W7 |9 G
2 ^, w0 _: [+ j

3.1.3、PCB 布局&布线：

PCB 顶层布局

PCB 底层布局

PCB 底层布线

3.2、变压器绕制工艺：
! X- N( Y. e. [0 k3 x
& @' y$ c7 V% t/ K4 |* A7 f" k( R3.2.1 电路示意图：

. S5 l- m1 s- d2 }/ H4 p, r3.2.2 、规格参数：
8 I: o& k$ F* i: t% t' A, P5 z( u
1）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；
0 Y; V- q. x9 L4）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）；
  p* z- r' i" s0 A5 t7）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；
" t/ _( G  g+ B" ]$ |- A9）成品要求:浸凡立水；

  }& `0 Q" M$ a- P8 V8 r3.2.3、变压器参数:
( a( H# P1 P% P4 [
/ C( F0 a" h) ]5 ^' Z1 C

  J( u0 S, e4 t/ f& `: K2 Z4 Z5 P3.2.4、变压器结构图：

04、性能测评
# U3 y% ]4 W7 f9 m! A
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。

4.1、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。
6 ~- p& X0 Q7 E7 \( \/ N
. X! }8 h5 ?1 c4 g# S! V表1 待机功耗
! [0 X2 d$ G' I5 S

表2 输出接1.5M 18AWG Cable100%负载下的输入特性

- W6 \$ b$ M; `2 [; D: G- A表3 效率测试（1.5M 18AWG Cable）
+ G9 Y2 N; E; A

. t6 \. m  m8 a$ h3 V5 D表4 效率测试（PCB END）

表5 能效等级评估（1.5M 18AWG Cable）

4.2、输出特性：

! g# ?4 @2 W: _8 b8 ?) B( R- u4.2.1、线性调整率和负载调整率: （ 1.5M 18AWG Cable ）

4 u( q% O" d$ A. I! k* u4.2.2、输出电压纹波：

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。

3 R* H: K+ [* b

2 b/ z5 p3 E' @+ @7 i

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

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

4 ?4 K& x9 @' c. y3 P; E& Q

R&N @ AC264V/50Hz,No Load

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

; U+ ~% Z( L3 S: v- c# s8 b2 U4.3、保护功能：

以下涉及过流保护、短路保护的测试。

3 ?+ G4 k: l  L7 ~* ]4.3.1、过流保护：
2 m) e, D" x  v3 J. T- K/ Y

7 K/ D8 t  y0 W* C% U) X% ]- I3 M4.3.2、短路保护：
/ K& T6 i: X+ ~9 K$ A5 B" J9 ]" n
功率计电流量程2.0A,开启平均值模式测量。

4.3.3、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。
) u* h+ P: ~) v. q; B3 L# X1 H0 C. {
( I# `2 |+ v  j, O' H

AC115V 发波周期12.6mS，Vo 最低15.6V

: v; n1 v! L- a3 F% ^$ ^

AC115V Peak_load 功能升频151.52KHZ

2 N% S6 _' f4 H

AC230V 发波周期11.2mS，Vo 最低18.2V

3 m" r7 D* O4 E4 R

AC230V Peak_load 功能升频151.52KHZ

" p2 o+ k' \3 W/ c- |- l1 |4.4、动态测试：
  q' c% ]: G, T3 R' ^3 s# k0 Y4 h
  `1 `7 ^/ V& L1 S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)

" n* ^% P5 }* Y( U4 j

AC90V_5ms

AC90V_10ms

: H/ V0 g* a0 c) k' U7 `

AC264V_5ms

* F0 o3 o" Y& H! b8 g

AC264V_10ms

4.5、系统延时时间测试：
1 v2 [7 f! |$ _# O; E7 V+ L
' D, r/ n$ E5 H

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

. W3 T! i1 Q4 o6 u1 i) Q1 V5 y, d  x9 V

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

4.6、其它重要波形测试：

- \6 `" j+ B3 i- e" C3 W8 r9 M

AC90/60Hz，100% Load CS 波形

AC230/50Hz，100% Load Gate 波形

/ k. Z6 n0 T1 Z

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

0 r: L+ g6 M* O; ?" Z" K# K测试条件：带外壳在40℃环温下长时间带载3A 老化。
& G! r! z2 b7 V4 q  \7 K

06、EMI 评估测试

测试条件：
  K' B3 A4 P( G# d0 ?; }
4 [1 S  u( r0 n  c# o0 m$ C! L: M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）
, i! `8 X. O3 A! K3 r2 x+ d
8 R) r5 k+ U5 Y( p# j7 A

AC115V 传导L 相

AC115V 传导N 相

AC230V 传导L 相

, J% u, x1 q! q3 g

AC230V 传导N 相

2 @9 R0 J) [/ V. I7 W/ I* O

AC115V 辐射

& N. B% S. h- o9 |$ w2 ]

AC230V 辐射