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

; v7 A: h, N: [* H% a
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

, c6 H  T6 {" f" }2 ]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

/ B0 V2 G* f9 i: R8 c- x3 j5 i4 I0 yCR6890H 芯片
) o; |* H( N( O* B% k2 Q8 ]  }7 i
& \* m% t. T' sCR6890H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
% W( a0 u- [$ E- L- C) s/ m
" o  ~: Z! h# V) N: W) l; w较低的启动电流 (大约3μA)
5 J) ^! p! d, K
内置软启动减少MOSFET应力
" W8 s2 G7 v: g1 Y" y
带有Peak_load 升频功能；

2 o: y( D. C& S  P/ ]( p, i& gCCM+PFM控制模式

内建同步斜坡补偿，消除次谐波震荡

内建频率抖动功能，降低EMI

6 s9 w/ s9 D+ e! I$ X# l内置65kHz开关频率
( o7 e8 r! I3 p  q; B1 }
轻载降低工作频率
# |- D2 @3 _) Q6 L7 n9 J' {
15ms倍频模式

* ?6 k- _6 Z( h  b可编程外置过温保护并进入latch
# P9 D0 M( t9 L/ e
VDD过压保护和输出过压保护功能并进入latch
* @* [6 s- v- P! ^: o
内置前沿消隐电路

! `: B% D# n3 R3 C8 O内置输出二极管短路保护
8 `4 u6 F% x8 M" {" f
3 ?4 f& i( |& c% F- d3 ]内置过温保护并进入latch

过载保护

SOT23-6L封装
2 r1 {/ ~  w0 l2 l+ x" U  O' e: \5 {
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。

9 q/ o/ j8 ?, M6 n: S& K! z基本应用

2 ~2 i  c! G6 A  q9 z' fAC/DC适配器
" z3 A, |; P8 W3 L: N
2 b# N# m7 `% G$ C3 m电机类适配器
; G' L( @, I1 ?
; u. d; S- o- a) X充电器
6 B8 Z; b: V: s
( _  v. ?7 b5 @+ r; f存储设备电源

典型应用

# {& M5 N+ O$ G- |! T管脚排列
9 M% a! K7 i4 V& G
" V1 q8 Z& g$ q0 @9 `0 M

管脚描述

# v8 c# H( q* O& N* k4 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。
8 b- w- Z# R$ v) m: [1 |
5 @' x. e% C. w' [1 m- j, K' H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。

9 P. S8 I* ]7 |/ y! U; ]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

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)：
0 G, A$ j0 X/ t) q/ H% o9 b8 M) t

2.3、整机参数：
( r* V7 c6 [7 N: U9 C

" T, S' `2 P( C2.4、保护功能测试：
$ [% j& B! c* @% C) ]" c: [: r2 ^

2.5、工作环境：
" P0 t2 \- r1 D/ q4 U8 g( ~

" n' S$ Q% E* v* A9 t
% V6 [8 g9 I# @5 A2.6、测试仪器：

03、样机结构信息
3 O' ]# w) a& O" ]8 u# i6 p
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。
! j: f0 G% G: ~$ B5 p- q
3.1、电路原理图及BOM：

3.1.1、原理图：

2 m8 \8 h( X  b& Y( I3 ]* S/ A( u

" E8 O" V# g0 g; ]! O& D3.1.2、元器件清单：

2 I' a3 P3 ^/ |" m3 W# r3.1.3、PCB 布局&布线：

" L, M; B; [9 V$ L+ ]

PCB 顶层布局

! U  }* I" S" S4 C( U

PCB 底层布局

% W9 x; X: R  k

PCB 底层布线

3.2、变压器绕制工艺：

1 W0 {) f& C1 ~" r2 J& x- \/ ^3.2.1 电路示意图：
/ I5 [- M1 O" P$ c& ^9 n3 H

3.2.2 、规格参数：
* @  N1 G% `7 ]- ~. }# ?' w6 I9 g
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；
, `3 l; g6 B7 O" m3 x/ o4）N1 N6 N7 绕组从变压器针脚B 进线从顶部A 出线，磁芯接地；
& g! K) q9 [4 w$ H5）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）；
: M8 A3 i, c# C% ]: g# f. 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）)；
4 `- |" y6 C$ g- g2 o( d" g8）耐压测试= 3.3KV 5mA 1Min；
9）成品要求:浸凡立水；

+ D5 M/ `" a& L1 Z6 S: T& {) n, m1 W3.2.3、变压器参数:

" ?& ?' m5 C0 Y- O. ?" x  \

3.2.4、变压器结构图：

04、性能测评

  u* z* A/ q- Y# {+ P2 }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。
' q' B/ l; _+ d) ^! n7 Z: h" j) @
" O# y- ^% T5 A$ a3 k4.1、输入特性：
: O. M: P$ a  O0 N3 w3 l6 [
9 h4 r8 m- ^; i2 V6 R  o5 {7 ]# b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。
0 }2 H( A  a* \, W/ @8 s/ g9 \
7 ?9 K  n3 ^* G/ c: [! x表1 待机功耗

2 q2 k% Q3 s! ^. }& S9 M表2 输出接1.5M 18AWG Cable100%负载下的输入特性
8 L) o+ O3 _+ G# S3 G

! n/ V2 s( R# _- ?3 C( F: }4 G表3 效率测试（1.5M 18AWG Cable）
: X3 Q8 O; j3 G& Z, V. X/ Q

5 l5 ?8 p  Z2 }6 x; k0 _( u表4 效率测试（PCB END）

" \* o3 H$ i! W表5 能效等级评估（1.5M 18AWG Cable）

4.2、输出特性：
/ B- S! J, r* a9 c+ _
% _" c! h2 ?# U) j+ Z4.2.1、线性调整率和负载调整率: （ 1.5M 18AWG Cable ）

: U# u! u( |" n- h4 \& k# |
* W/ O7 t# T) U6 k4 e" y8 R8 w/ Z8 a4.2.2、输出电压纹波：

& {; T) `2 U0 K& k" w3 @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。
5 }" o% z% Y+ K0 U4 m2 Z
* P1 `4 x) b5 u$ @

# o$ ^) g8 U7 v' O5 y: `

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

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

R&N @ AC264V/50Hz,No Load

& @# B+ \; N, C, [) C

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

8 G- j3 l+ n5 `  l4.3、保护功能：

; \  @" ]: C) p: \! x) t以下涉及过流保护、短路保护的测试。

4.3.1、过流保护：

4.3.2、短路保护：

, l! B: o5 P. O功率计电流量程2.0A,开启平均值模式测量。

) N0 B5 i' x; u5 y

7 Z$ U5 w$ S4 `/ b4.3.3、Peak_load 功能测试：
: \: [& j* }+ O
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

AC115V Peak_load 功能升频151.52KHZ

# x3 H2 P  O% ]1 ^' C

AC230V 发波周期11.2mS，Vo 最低18.2V

% T9 x' i' D7 h5 e# J; V0 c- i

AC230V Peak_load 功能升频151.52KHZ

7 M  a' s* t- V  @" ~% Q4.4、动态测试：

. I6 @; ^9 [/ Z8 {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)

AC90V_5ms

AC90V_10ms

AC264V_5ms

$ M) R8 q, C! J# X" `. e5 @% C$ J

AC264V_10ms

* S: F# ^, X- M2 g! y, W. ]; o4.5、系统延时时间测试：
7 |& H2 ?' _& s, F# j& N. k
7 ~$ b9 G, R) m% S

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

% {' _3 _) v/ \( i4 |6 B' b

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

+ {& B) P& m; m! G- a7 w" \

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

0 c& r$ H% c* B/ o3 b4.6、其它重要波形测试：
3 j( f8 I, F- T- s: T: v
) V! H! v3 c3 g! `  J3 q

AC90/60Hz，100% Load CS 波形

+ E! G+ d4 W. T6 d. S9 m; M

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
" o" H# o/ z( u. d' Q/ p9 T
3 N4 o( n2 d. ~- L) M测试条件：带外壳在40℃环温下长时间带载3A 老化。
5 o0 M# r. l1 m6 x

" v* \; l$ F; c- l% `6 u9 t- g06、EMI 评估测试

测试条件：
5 l- B4 R8 u& F. c
输入：AC115V/230V；水泥电阻阻值6.67Ω，带线1.5M 18AWG 测试；
/ Y) V: w& d  _4 r& N限值标准参考：EN55013、EN55022B。（测试结果仅供参考）

AC115V 传导L 相

! `% J* e9 V$ O2 C; Y

AC115V 传导N 相

- c4 ?0 o  w$ N6 V. O- T

AC230V 传导L 相

+ t+ v5 l/ q" }+ W

AC230V 传导N 相

1 D% `3 I" y, Z. t' ?# |$ W0 o

AC115V 辐射

AC230V 辐射