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

) V8 p! u& q  K& L/ f- ^
; ], O6 Y- T, k4 D/ k0 U8 r5 P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。
8 I$ e+ q/ d% D5 b  [
01、样机介绍
4 h) ^. W9 W& y( s% }7 [7 F1 e
( F7 s! v* @! ^+ A+ R' K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。
7 Q! t' @/ c3 U: l5 l) e2 c% Z" e. c
/ B% Z4 {7 w8 M

CR6890H_20V3A 工程样机示意图

CR6890H 芯片
. Q: ]2 Y3 E' E* g( C1 G3 a4 i
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

- _3 P$ ^5 b8 C" v较低的启动电流 (大约3μA)
" c0 l0 y0 |; a2 E# b+ p
& n/ U1 ^) d& Y内置软启动减少MOSFET应力

带有Peak_load 升频功能；
4 \: O5 y* K1 V
CCM+PFM控制模式

内建同步斜坡补偿，消除次谐波震荡
$ q9 z8 n( N' I" d; c
8 r% T/ b. s% v9 W1 T" g6 v) y内建频率抖动功能，降低EMI

$ M* |4 X# Y6 }$ C内置65kHz开关频率
8 @" ~. R* f1 j
轻载降低工作频率

# j) o  d, L3 Y3 Z+ i7 N( y  ]3 |15ms倍频模式

$ O4 W' g7 z. X, @- C( N3 m3 I可编程外置过温保护并进入latch
$ p) V3 V. C- t% v( d- f# a9 l
$ W2 `- f3 p' tVDD过压保护和输出过压保护功能并进入latch
2 F0 u8 p# U- `7 b; T. x6 r
内置前沿消隐电路
& W' {4 T( B5 V8 t
! _, }! X: {6 @3 r; l, ^内置输出二极管短路保护

内置过温保护并进入latch

4 A+ X: ?5 H, G2 j* z过载保护

- {! e- v) b& v5 M+ x2 Y& O# L  k% f' ySOT23-6L封装
: G/ a! X  F9 e  G. w, f# C/ N
( G7 W  t2 W0 D9 c$ ?- 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。
% h2 c8 f+ J. k% v2 m
基本应用
% z  f0 @2 E5 e% E
3 D0 Z- ]; ~# l$ I, @; WAC/DC适配器

电机类适配器

充电器
  q$ `! N( Q0 Z+ E  w' d) R+ ]% ?
存储设备电源

典型应用
& s7 S; J2 ~1 c( v5 s
& d6 s& {9 {5 Z

管脚排列
  \6 U% d6 I- b/ P; A. M' f
/ [. e2 o" v* Y1 s& \9 j! p

管脚描述

. D1 P0 e* J% b" h$ w# @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。
2 @; a  s, P5 u( w% e! X. B
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。

. S' M" _* h/ |  N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& ?+ z% u) Z4 T
: Q6 S# x9 U: A' Y6 O/ P, v1 R02、样机特性

1 c$ w& D  ~: N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。

% P; t3 i% j+ T, d5 T. h3 c, s* W* y2.1、输入特性：
! s  v9 G* h6 B6 u5 j: I

2.2、输出特性(PCB END)：
: o! ?, b: h/ p# {( ^2 {3 ?$ `% M

, Z" ^- `+ X/ N! S) b8 {0 L2.3、整机参数：
3 G0 m! l) g/ h, W9 l9 P) _8 h

2.4、保护功能测试：
1 Y4 q; g! b1 k: D/ N) r% B

4 `( c0 y' t* ~2.5、工作环境：
$ j5 R5 d; v/ U+ Q% t+ Y

  j1 a; d, r! T& h5 ?
" s8 ~9 O  H/ ]+ Z) I) E9 \2.6、测试仪器：
& f- E( T. w; h" Z5 F: [" z3 ^

03、样机结构信息

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。

6 h. R" u) V' j. s3.1、电路原理图及BOM：

7 }  D; M; U# l( e1 ^3.1.1、原理图：
# ~  G" }, O# l2 J
* e( z. d5 E' K% l0 X

( x. r/ B6 t; ]! _/ c3.1.2、元器件清单：
4 c4 n' t" n) E  i- g4 l
2 y/ ?* }* x' a4 Q

, b4 L; d2 M# O3 k4 Q4 ~3.1.3、PCB 布局&布线：
+ O% I4 @) A$ a5 p; }9 n% c' \
) m& B# {5 ~' S

PCB 顶层布局

PCB 底层布局

9 Y* a' u4 u9 H0 @) \9 o

PCB 底层布线

3.2、变压器绕制工艺：
7 Y0 s, w" ~" R4 B* C) X: S7 F  T* I- L
5 I/ V# B  _- x2 Y3.2.1 电路示意图：
5 x" A; S8 H, y

/ g; `7 v$ t3 B1 w6 a3.2.2 、规格参数：

3 N/ h" l& I$ H/ e: Z1）骨架：PQ2620 磁芯（5+5PIN）,Ae＝119mm²；
% y1 w; A: T( T# t% ^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；
; c) x/ f, t" K& I4 Q& z% a0 s4）N1 N6 N7 绕组从变压器针脚B 进线从顶部A 出线，磁芯接地；
% I; I+ e" i3 ]* Z# m9 n9 g5）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）；
6 W5 y' w' z) Q9 f) K. U: Y( B: W7）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；
9）成品要求:浸凡立水；
% z6 c. J; F, l: ~9 a
/ C5 d2 u. u" `! B; t# t4 j& [. p3.2.3、变压器参数:

) T' |, C) i/ s! M3.2.4、变压器结构图：
' i6 k" ]! p: @: s, x

04、性能测评
2 j" Q  ^, p! O1 }5 k* S
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。
( ]. t/ n7 T# f
4.1、输入特性：

& h4 @7 L2 [6 D# T% c" t" `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。

表1 待机功耗
9 W6 l/ T) d. }, b

表2 输出接1.5M 18AWG Cable100%负载下的输入特性

表3 效率测试（1.5M 18AWG Cable）
# ~2 _' l0 ]( [9 e# Q$ q8 d8 ~

表4 效率测试（PCB END）

表5 能效等级评估（1.5M 18AWG Cable）

7 {0 `; N: f: o, ^% s& W4.2、输出特性：
+ ?1 u$ ^" C5 E
; d6 M7 }& H% G. n, }/ o4.2.1、线性调整率和负载调整率: （ 1.5M 18AWG Cable ）

4.2.2、输出电压纹波：

9 P1 I/ v- ~4 g9 h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。

/ J- S' C9 @' G0 b

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

3 P0 ~- Q) I8 y

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

R&N @ AC264V/50Hz,No Load

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

4.3、保护功能：

3 l4 u4 {, Z# X# Q) t5 B以下涉及过流保护、短路保护的测试。
2 m8 g/ x* q6 |6 \& ?% N
% [. {, F9 B0 `$ t& V8 C4.3.1、过流保护：

2 u' Z: A7 P2 {6 d* N& k2 E4.3.2、短路保护：

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：

) o# P1 d0 c) Z% }: k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。

8 A5 }, I- q/ Y

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

% f/ v6 ?) V0 e3 ~

AC230V Peak_load 功能升频151.52KHZ

6 C* i. F) P8 B5 B# ?4.4、动态测试：

' @( t3 t# g. m) d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)

( P- {/ ~& ]" V4 g5 n: p

AC90V_5ms

AC90V_10ms

# i- `6 j- ~4 U9 f% n5 m/ t5 m

AC264V_5ms

AC264V_10ms

4.5、系统延时时间测试：

" V! f! v5 m2 t2 H* [  P! S7 c

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

2 F0 `7 u. ~" z* p

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

$ Q# {% C4 M3 R  p

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

4.6、其它重要波形测试：

" U1 r' X' r1 G! ]2 b

AC90/60Hz，100% Load CS 波形

' O) q6 f7 F5 K2 u, p

AC230/50Hz，100% Load Gate 波形

+ G, l, H, X4 ]3 q( Q4 k

AC264/50Hz，100% Load 输出肖特基波形

& R9 p8 K5 x6 x! E" t6 C+ I6 v

AC264/50Hz，100% Load MOS-D 端波形

( |: x9 \9 D. C" J# v  r05、温升测试

% f* e" D2 H/ l' f* P3 x% M" l测试条件：带外壳在40℃环温下长时间带载3A 老化。

06、EMI 评估测试

& g+ w& Q) }0 _测试条件：
/ ~, ?, f- t  {( o# Q4 l
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）
6 t9 t% j  l! m4 W- L/ l

AC115V 传导L 相

AC115V 传导N 相

AC230V 传导L 相

( m. j" n; z  S3 a4 w2 W

AC230V 传导N 相

AC115V 辐射

3 w4 M/ R3 L2 n3 G6 M

AC230V 辐射