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

' F2 }1 v: p! A; Q/ z
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。
$ H4 z% Q7 R& _9 C* g
01、样机介绍

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

CR6890H 芯片
' }) i4 U# x8 S) x+ E+ x
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。
2 z' d& ~4 [6 F: f
' v8 @& y/ j+ g3 \2 P' p2 h特性
+ w. ^5 }+ E) k- h
. y: H: g4 U, @' i& q较低的启动电流 (大约3μA)

内置软启动减少MOSFET应力

0 Z. o8 W- N3 R& V# b6 \+ w带有Peak_load 升频功能；
1 H6 r  _+ J9 ?1 k# z2 h* S
CCM+PFM控制模式
& m; ~1 E/ M# B1 n. G
内建同步斜坡补偿，消除次谐波震荡
6 T& _8 e) d  B/ e+ |
内建频率抖动功能，降低EMI

内置65kHz开关频率
; Y. }) ^( q3 i* @6 i$ Y5 i
* V7 M# ]3 O5 V' J3 s4 U! g轻载降低工作频率
- @6 u; S  N8 g+ H! L! X
15ms倍频模式
: N) _" U: |' o
可编程外置过温保护并进入latch
" s+ H- p+ N1 @
VDD过压保护和输出过压保护功能并进入latch
1 ?* Z( Q8 P: K, L1 i/ V
1 p  F. z) j0 G' o/ Y2 g内置前沿消隐电路
' g: s( j/ Z8 Y. \# A  g
4 w: p: |/ M5 @内置输出二极管短路保护
) {, d# t$ J! `; @. \
内置过温保护并进入latch
( b8 E1 v4 a5 b
过载保护
4 S" d! q0 t1 T4 V! F! ^, t1 \; d
SOT23-6L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。

- e3 P+ X( L0 V7 I9 g' M0 Z" m" W2 N+ a基本应用

6 z3 C* r) e: }AC/DC适配器
- R7 b2 {1 \- ]
电机类适配器
; }( _/ o1 Z  h8 [/ \
充电器
/ q$ \6 R* i% C% r) z
存储设备电源

5 ^- t8 `* D# y/ J6 D6 t. [5 ]典型应用

管脚排列

; {5 P1 B$ U1 d. H( {

管脚描述

& i8 S2 c9 Y+ c" C- {; n- _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。
+ _* t4 C2 D! o4 Y
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。
: V/ R! B! `7 e
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。
# h  ]- L* ]5 X. F, }, Q$ F- ?+ Z: a
1 r( ~/ ?! l, \$ M2.1、输入特性：

& u$ [' a% k& Y, C
2.2、输出特性(PCB END)：

' u& {' ]' A) G, @( r4 L
2.3、整机参数：
6 u' }7 p" ]; Y5 r( m; [' q. p

* U% F2 m& p. U" q# o! }2.4、保护功能测试：

2.5、工作环境：
2 `- C. T6 m# e3 |; z6 S0 }  T

2.6、测试仪器：
; C+ O) j+ U- i* K% Y6 E- f

03、样机结构信息

2 p9 p5 s' E6 r3 u  a4 P) q- r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。

* @- m  A) V; `% n* K, Z3 O' W) q; n' V4 q3.1、电路原理图及BOM：
( u( W1 t! A  K3 X& g
2 j; r5 {8 d3 C: Q. }8 R3.1.1、原理图：

8 f( \! }4 Z! l1 a3.1.2、元器件清单：

7 n8 m) `' {) q) k6 Z

3.1.3、PCB 布局&布线：
4 k# P% z, Z1 J
8 r2 L+ C! p% k) E  k

PCB 顶层布局

PCB 底层布局

4 H6 Z3 d% T- M  O

PCB 底层布线

3.2、变压器绕制工艺：
6 z" q/ I+ u. F* v+ \
3.2.1 电路示意图：
) C0 I( y- l+ G; a8 ]0 w0 D$ I

3.2.2 、规格参数：

! X* n+ k6 p, ~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；
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）；
1 H5 L# u  U1 |/ h8 a7）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）)；
- `1 ?; J/ f# f, u% Z6 c+ r8）耐压测试= 3.3KV 5mA 1Min；
) ?4 H  M2 O* v1 n+ ~9）成品要求:浸凡立水；

, F; T6 @  H( ]7 E% M5 X3.2.3、变压器参数:
& n5 L! }4 P% P2 J- a% F4 \, c- V

3.2.4、变压器结构图：
" Z0 X& [" D" Y3 {: m8 A. \

" T6 {- l" n( n! p1 }6 m: u04、性能测评
1 R7 p; H  A1 Q, ~) M% m
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。

- e! s. i' H/ H4.1、输入特性：
( t4 j4 y& ^5 f( u& \# b" N
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
3 s. H6 j+ S  Z9 H

表2 输出接1.5M 18AWG Cable100%负载下的输入特性
+ c5 b( P- P- j4 _( a

8 ^( X/ u$ ~5 [; y  y3 F# K2 i表3 效率测试（1.5M 18AWG Cable）
8 x3 T' d1 c9 }

表4 效率测试（PCB END）

7 l" S6 ]% p. G3 `表5 能效等级评估（1.5M 18AWG Cable）
1 ?! O! z' S# ^" D. ]: ~5 Z

" ]7 h4 Z. X; a% R; ~. C- B% R4.2、输出特性：

4.2.1、线性调整率和负载调整率: （ 1.5M 18AWG Cable ）
. ?/ H( i# @! M: p+ v- F

) ~3 ^& _, x  e) z- g* n# y+ P( N
, O8 V# y; Z, [9 |; b6 C8 u4.2.2、输出电压纹波：
$ m, a( u5 N8 a$ `" w# ]
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。

4 d/ N% ~7 J4 ?( {  h6 Z

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

! C# x. ~; [- T4 d

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

R&N @ AC264V/50Hz,No Load

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

4.3、保护功能：
0 l0 J5 |8 m0 {/ w/ D" ^
以下涉及过流保护、短路保护的测试。
1 d6 W" b6 H  _- V9 ]' `
# f+ u% B/ m2 o" t: P4.3.1、过流保护：

9 l) [1 w0 n' G, b- i# E

+ G  y* Y% K( f$ k; Z, [4 t0 w4.3.2、短路保护：
, b, O% `: D  p; v5 p
# b+ t( z$ O! R8 t( e$ T/ V- a6 X功率计电流量程2.0A,开启平均值模式测量。

; h+ \$ o* |$ C7 g. S. T

4.3.3、Peak_load 功能测试：
' `# \5 f8 k/ e+ j- 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。

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

AC230V Peak_load 功能升频151.52KHZ

8 K$ _9 x9 V2 W( U+ Q& N4.4、动态测试：
. g7 M2 A5 \4 n: c" \3 I) _' _
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)
" B# |6 P$ K5 R8 H# k
3 L0 R' [# E( F  ^7 W

AC90V_5ms

AC90V_10ms

AC264V_5ms

AC264V_10ms

) c! n% H1 ^; u1 v' `4.5、系统延时时间测试：

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

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：
: k5 z; D3 v+ s7 j8 n
" @3 [' a' _2 W$ T

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

05、温升测试
& P# Y8 Z+ l* o/ x: [8 d: X
! M6 z) l1 Z& {3 ^测试条件：带外壳在40℃环温下长时间带载3A 老化。
4 k; P6 X7 j3 @1 Y$ C8 `

06、EMI 评估测试

测试条件：
. J8 D- V3 o  D* I, I
0 I6 W7 @. m) T; s& L  m! d输入：AC115V/230V；水泥电阻阻值6.67Ω，带线1.5M 18AWG 测试；
8 h0 J8 z1 Y- l限值标准参考：EN55013、EN55022B。（测试结果仅供参考）
6 ^1 q/ l0 D: ~
1 }  h) J5 X6 ]# j* j

AC115V 传导L 相

AC115V 传导N 相

0 W4 ~' H/ o2 n) L4 {9 @: Q) ]" O/ j

AC230V 传导L 相

, n4 _: Z( B' J! q! j" v- l

AC230V 传导N 相

AC115V 辐射

AC230V 辐射