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

1 _* l' u  Y' ?
3 z1 x" u( U) ]) _0 o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。
  S* e* `7 ]( R0 J3 z6 A
4 g7 C) E  h( ?! l  B01、样机介绍

& |3 A4 A' t5 u. |( U2 q* Q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 N5 q( ^$ Q+ S

CR6890H_20V3A 工程样机示意图

CR6890H 芯片
+ Q7 t4 a4 N$ ?$ n6 g8 V
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)

, O  m! O  k, M( ?4 a; ]- G( A内置软启动减少MOSFET应力

带有Peak_load 升频功能；

6 r7 ~2 O: C1 I( J, E2 J* g  RCCM+PFM控制模式
+ n2 z' H$ G& S) v6 r) N1 H
0 g' o- H% `$ q- [# F0 K6 C内建同步斜坡补偿，消除次谐波震荡

0 N8 r; J( P$ m% F' D6 I9 x内建频率抖动功能，降低EMI
. z# I5 ~3 [' N
内置65kHz开关频率

- j4 A7 x' n6 j轻载降低工作频率

, W* I# M+ {- T# u" c, ~, [15ms倍频模式

( ]( Q! V1 j3 u; r' K/ ]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

# g, U, q9 |% k  m; U( F内置前沿消隐电路
7 O9 R5 R+ [. U& }
; {- b, X: B+ ]5 l1 A内置输出二极管短路保护

内置过温保护并进入latch

过载保护

4 K: G5 z2 D7 t/ h( h$ v2 g& f5 SSOT23-6L封装
9 B- S5 }0 |: ~6 H- K6 e$ l
2 e. A+ \; H7 C7 f2 d& S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。

4 I9 d& Z: c0 A! X* k0 z$ d3 k基本应用
3 D. S! @# q- N( p: [) Y
AC/DC适配器

0 S( J) {1 ^, V电机类适配器
4 j, ?9 r( o+ `: x$ l
) C. q9 B+ \& J% o2 {' u/ V充电器

2 x) N# D1 O0 _3 L( f存储设备电源

7 p' Z3 M: |; n& a" I9 v典型应用
8 }3 N7 f/ {1 ?* n4 J
6 I+ n5 T( L3 t0 c

管脚排列

管脚描述
' ?) u. ^, t8 O( z4 _: D
. m8 y2 k( y1 f0 p1 N! A# K

  Y" }& ^; g/ ^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。

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。

* J7 k; p6 x- ~  Q* [1 Y02、样机特性
3 e* u4 I! R  e0 z/ @
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。
( E/ e* ]0 q9 r* ~3 K  A# l0 G
2.1、输入特性：

8 V0 I& U# a+ o0 U
2.2、输出特性(PCB END)：
- u. H- i% _1 N) Q' b# a

0 h1 b6 c8 R$ G8 @1 s! F
, d9 v6 j! I% V8 \+ d2.3、整机参数：

0 k3 z! p0 }9 i6 n8 ~2.4、保护功能测试：

5 @: \' Q, @6 q0 k; S2.5、工作环境：

9 i% O: }# [* c# ?, z
! I5 g4 \) H9 q* L+ s2.6、测试仪器：

03、样机结构信息

; C. \" L9 s2 L& A! ?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。
5 f4 B: O0 H1 R0 k, l  C' L
3.1、电路原理图及BOM：

3 I- l$ m0 u" w8 E1 t$ u3.1.1、原理图：
1 D2 B6 u' z7 c. V" `8 e$ `
1 R& P+ z: J" @7 q" b

3.1.2、元器件清单：

, A# _5 C6 n8 \8 c- @! i. l$ n3.1.3、PCB 布局&布线：
1 r; G7 G3 [) S9 }/ j+ a; e
  V% W4 F) B* _1 X% G/ v

PCB 顶层布局

# ~3 y7 M4 c+ P; D6 z7 Y

PCB 底层布局

PCB 底层布线

3.2、变压器绕制工艺：

3.2.1 电路示意图：

3.2.2 、规格参数：

$ b5 W6 D! H3 |. \2 d. j; U, U1）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；
, Y: z: @& J1 d6 k1 a, m" A, ?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；
6）初级绕组感量Lp：0.6mH±5%（测试条件：0.3V，10kHz）；
7）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）)；
% W/ w& v4 w- ?4 [  q5 G& o8）耐压测试= 3.3KV 5mA 1Min；
9）成品要求:浸凡立水；

' L, B8 _, S$ Q, O" }/ P3.2.3、变压器参数:
$ d6 w- p9 @% k4 J
/ i7 ^1 H1 _- v4 O& Z9 A

3.2.4、变压器结构图：
5 w3 {4 T$ e4 }" h  |

04、性能测评
/ h0 z; n  y1 v' A
8 e8 g- [, M' ~3 e0 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。

- j8 _3 l, _6 p) {$ g2 t6 D0 h4.1、输入特性：

5 z4 F! K% j) C3 Z0 {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。
. S; {0 [, ^8 d( \8 @" G
% e. r5 d$ }. ~$ D& u9 I( h% a表1 待机功耗

表2 输出接1.5M 18AWG Cable100%负载下的输入特性
) R' y% t+ x5 i) o* o3 {! a. d

( o3 P9 b9 z% k& \表3 效率测试（1.5M 18AWG Cable）

表4 效率测试（PCB END）

8 h- m% l9 N& n) l* S2 O- o表5 能效等级评估（1.5M 18AWG Cable）
4 `) C7 k$ W3 |3 w) @

  Q" `% N  q  K. I& ]5 ~4.2、输出特性：

, P! z, l' J8 Y' C5 b4.2.1、线性调整率和负载调整率: （ 1.5M 18AWG Cable ）
. a9 _/ o- H0 z8 @/ ?

7 X3 b: V6 Q5 Q9 N& ?% Q5 H/ C
0 S( h2 q$ t& ^; I- j) Q4.2.2、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。
- S- u* O1 S1 M* h
+ x! @9 Y- K" S0 T! y$ K) O

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

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

! j; _* ]8 e+ q9 L6 A' }7 R

R&N @ AC264V/50Hz,No Load

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

4.3、保护功能：
( ~& }6 r4 y2 ^
: g/ J: p9 k; L' F2 n3 y# s3 t以下涉及过流保护、短路保护的测试。
+ b' [% x+ ]: @; z3 M3 p6 _# D
4.3.1、过流保护：
; o7 I9 X  x7 _* g

' q) e8 F& N$ }6 H4.3.2、短路保护：

6 Q# k; l6 n' s! s/ B% S  ~  ]功率计电流量程2.0A,开启平均值模式测量。
# X5 \4 S  {% F. p" U+ Q0 @
" P8 H+ [1 }7 @1 X5 e' d+ \1 i

4.3.3、Peak_load 功能测试：

: y/ x4 U9 f% p; }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。
; @2 ?  s. g, w. \* L

AC115V 发波周期12.6mS，Vo 最低15.6V

/ P# c- l2 G) R' t

AC115V Peak_load 功能升频151.52KHZ

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)
$ O4 L" s, l* u; X2 X
3 a$ ~" Y1 g: G) E' t6 E& f. H

AC90V_5ms

AC90V_10ms

AC264V_5ms

/ L& s. F& x1 D: l# F

AC264V_10ms

$ G' ^$ ?  s) O% X4.5、系统延时时间测试：

: a8 @# p; T/ j" l8 l8 S

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

* C3 K: s% A/ F

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

; d; t2 ~! Q& W5 @( ?; `6 c5 M

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

; X/ w9 }% {& a1 ]' f' m5 S. U4.6、其它重要波形测试：
6 b' C7 O& s4 v. n4 K

AC90/60Hz，100% Load CS 波形

1 Q- R9 g8 j# F6 F& S. z

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

' B, J; M0 N0 x  u05、温升测试
8 t$ ^# ?2 B( K$ N3 {( q8 K9 W
" S$ m  b9 K: I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

: L1 d4 }4 T# T, p* f1 x测试条件：

7 O6 l/ G. Y3 c# K4 `8 m1 G输入：AC115V/230V；水泥电阻阻值6.67Ω，带线1.5M 18AWG 测试；
+ s! D9 k% j. {& J限值标准参考：EN55013、EN55022B。（测试结果仅供参考）
; B' J# R. e$ k# E  H! C0 ^- S
: g8 U* X. V8 U9 m0 |

AC115V 传导L 相

AC115V 传导N 相

AC230V 传导L 相

7 z4 A3 N1 z! P6 e4 B+ d

AC230V 传导N 相

AC115V 辐射

! q" c3 @1 D5 P

AC230V 辐射