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

2 W: t9 D" U3 ^  T& t6 N% K) _3 u) ]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
' b7 M3 }4 q3 `" K) b0 M0 Q) m$ d
* O7 }6 @5 U# f- A( I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。

+ j/ u' n8 @1 B" ]5 D0 M

CR6890H_20V3A 工程样机示意图

CR6890H 芯片
  T' B* J! \. W
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。

1 ~* B' v; g1 R; D4 d: Z$ R特性

较低的启动电流 (大约3μA)
6 v, y/ M) e# ~- I* `+ P
8 L) U3 a3 v- V; y- K内置软启动减少MOSFET应力
3 i; s7 X4 \5 l; Y- d
. t+ w; x4 Z8 r7 X带有Peak_load 升频功能；
. x3 t2 s4 n, w7 ]) m& V+ [
CCM+PFM控制模式
+ M/ z( \2 E8 a) H# ~) D4 y5 {
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
- T, }% Y0 Z0 a7 l- S- G; L0 O
内置65kHz开关频率
8 S5 p+ i; T1 }4 ]. d# y* l$ L
" v$ X# n, L$ J" U8 P: o% {轻载降低工作频率

3 o" B9 H( \+ y9 h15ms倍频模式
# o1 e/ b3 s( X- B, F
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

+ {0 N" G7 p. Z/ Y  Y内置前沿消隐电路

$ g3 \/ `$ c7 h1 r内置输出二极管短路保护

8 D7 w% T, k& `, u9 C  b# d$ n- W内置过温保护并进入latch

过载保护
: N8 [7 t5 c1 n* Q( U
1 H* W! m% F2 b  cSOT23-6L封装

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。
( z7 J6 b, W2 a" e
, J% {  Y8 K- o# F; u; a; V基本应用

AC/DC适配器
) x# F9 h( _# w& [2 X
电机类适配器

充电器

: t7 B6 X9 X; D存储设备电源

典型应用
! t- i& k( k" D

管脚排列

管脚描述
2 j, k5 T. S1 |
, }! e. h$ ]5 R, `# |

- A* L% H- p8 J/ N6 T  ?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。
6 ]3 r6 h5 j. c0 `+ e6 q; J. G
- G; r. C* o# t; m' q  l7 j+ d) M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。

) Q* v& D! U- Y6 V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：
5 }) [. o$ U% j( {+ @# X4 V

3 E. {2 F1 A# S2 v" o4 _5 u
2.2、输出特性(PCB END)：

; [  `( c) L) z8 S6 d2.3、整机参数：

0 [' j* \) U7 W2 Q2.4、保护功能测试：
# v9 r2 e/ {3 f7 d% L8 c! M" q0 k' I

- {' y* @) ^* c+ N1 a) g9 ~2 \2.5、工作环境：

2.6、测试仪器：

03、样机结构信息
0 w! Q' K6 L/ p, F. z* S) |" w( B& z
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。
) ^# u) {/ s8 ^( I
3.1、电路原理图及BOM：

3.1.1、原理图：

# p5 a5 ^" W1 W9 x8 f. I5 H5 r* B

3.1.2、元器件清单：

8 B3 v$ B/ m. s" O3.1.3、PCB 布局&布线：

& b7 X* h: c8 ?0 j! G* H, p

PCB 顶层布局

: b+ P; n0 ^" T4 e, o- W

PCB 底层布局

PCB 底层布线

3.2、变压器绕制工艺：
$ A& T  s3 h5 t6 Z3 \3 A6 t5 T
3.2.1 电路示意图：

3.2.2 、规格参数：
- [! X" J, t* j  E' l2 B
1 o$ I7 _( [  |; k% @' w1 H1）骨架：PQ2620 磁芯（5+5PIN）,Ae＝119mm²；
2）材质：TDK PC40 或同等材质；
% q. N) [: |6 V7 X! |3）初级、反馈: 2UEW 漆包线；次级: 三层绝缘线；
, |9 x7 F- k; {1 [9 X4 U: ]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）；
; y  c" D$ e  \, n3 h: {( x  Q7）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）)；
/ I: D& e$ S$ l4 t8）耐压测试= 3.3KV 5mA 1Min；
9）成品要求:浸凡立水；
7 a$ k# U5 P1 E! \
" n' _1 l' ~7 F' g7 ^3.2.3、变压器参数:
& N" _% v  F7 j4 j) ^& b

3.2.4、变压器结构图：

04、性能测评
1 |  o% ]* s' n5 x5 Q1 J
1 O0 J/ A) l9 \9 c, O$ I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：
& A) x( F' a! \# m7 u% C5 n
9 Z1 s  B7 x4 K- n( U1 C2 z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。
* l& e2 W4 j- F9 `) i7 v( l
. T) Z; H# |: K5 }+ I( X表1 待机功耗
" C6 u9 i3 _) M. m6 [+ m

8 k9 D1 I8 L; [+ M表2 输出接1.5M 18AWG Cable100%负载下的输入特性

6 h- h7 s1 h, k/ W# T8 j8 d表3 效率测试（1.5M 18AWG Cable）

3 W# d# Z0 B, J$ k3 k7 g* l+ t表4 效率测试（PCB END）
8 ~: L1 `$ \1 N

表5 能效等级评估（1.5M 18AWG Cable）

# B9 X' h) f2 [. X' b6 Q4.2、输出特性：

4.2.1、线性调整率和负载调整率: （ 1.5M 18AWG Cable ）
/ ?- O! q, G7 T. U7 R

3 T0 n" x$ N5 t* t
4.2.2、输出电压纹波：
8 X8 e" T4 s! H5 h
' T! d' U& \, t  X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

1 v' S2 [  r+ ~* h; _7 M4 Q

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

& A, T/ S; H) N+ E/ D/ j' j% [# ^6 W+ [# v

R&N @ AC264V/50Hz,No Load

9 N0 S( v2 M) I, i/ a  w

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

# o+ U: K9 K) Y# o1 X4.3、保护功能：
" H2 A( r$ n4 v) S% P, X1 k
1 t+ R2 c3 o$ J5 ~3 P以下涉及过流保护、短路保护的测试。
4 A4 M$ {9 s. D2 \
4.3.1、过流保护：

2 m$ ^- m0 l# w' b& v+ H7 d

1 d; i. ]3 ]  f$ N; o$ ~1 ]3 T4.3.2、短路保护：
6 |: E) _+ M1 W% w9 h6 X- N3 T3 S5 v5 }
功率计电流量程2.0A,开启平均值模式测量。
: v! G) F0 k" i" P

( j1 J" l  J0 x  f% H* r) b4.3.3、Peak_load 功能测试：
$ T! H& m; w& {; W: Y4 B; 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。

5 M1 G0 Y  I! j( U

AC115V 发波周期12.6mS，Vo 最低15.6V

/ z- R1 m  o$ x/ |) S4 E

AC115V Peak_load 功能升频151.52KHZ

$ I: m2 R, p) ^; c

AC230V 发波周期11.2mS，Vo 最低18.2V

AC230V Peak_load 功能升频151.52KHZ

& h2 ]* l+ k$ a4.4、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)
1 |4 z# n$ Z& E7 y/ `1 q. X, |
6 @2 }3 Z3 m' F5 s1 u% X

AC90V_5ms

AC90V_10ms

AC264V_5ms

AC264V_10ms

, b7 x. `+ K1 w( @( o, q4.5、系统延时时间测试：
- d- V  E* L  `; }( Z2 F: J5 [+ P

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

- X; I, l, g) L) ?2 T7 r0 }# u/ ?

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

; y  c* H) w4 c: H# L3 |; N- g

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

! N4 m8 h4 I# `" m$ T, ?4.6、其它重要波形测试：
9 _9 z4 ^9 Z8 j$ E
7 k2 K4 u+ }* s: J8 h# P0 ~

AC90/60Hz，100% Load CS 波形

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

# e. h- z9 P3 H& d) Q, G/ C05、温升测试

测试条件：带外壳在40℃环温下长时间带载3A 老化。
4 B& h" {9 a& h( v3 {0 s: N

  j. m  h! E) E; p7 n& L) F06、EMI 评估测试

测试条件：
$ }, Q* v  N# T- P( x# Z( u, b6 x
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）

3 @# W. S, s6 d% l* Z* `0 q# ]  F

AC115V 传导L 相

AC115V 传导N 相

- Y" t4 [& h! Z3 t* o2 I0 i" o

AC230V 传导L 相

& S( S. W' g& S& R

AC230V 传导N 相

AC115V 辐射

1 w: O  G2 V) v) i1 B' _* o

AC230V 辐射