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

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。

7 n6 r  X. \, _$ |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。
! s. M6 B6 g* i# h: d

CR6890H_20V3A 工程样机示意图

7 Y( a3 L9 q- a& \CR6890H 芯片

/ i  R6 T. E. Y- o0 G5 u* `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。
- e  @1 R3 ^( K) d
% v3 a3 A8 p; b! J$ B特性
4 X7 W, S4 e2 w$ _
8 P2 R/ N9 |/ c* i7 e5 {较低的启动电流 (大约3μA)
" c, c" Q' G& _$ [  t0 e0 `4 Z* U
内置软启动减少MOSFET应力

, r, C. q2 t# ^3 w4 O) L! o带有Peak_load 升频功能；
, Y3 E% N4 j: B/ a+ e0 P& }4 F2 o2 B6 c
CCM+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

内置65kHz开关频率

. [+ G2 B& H$ `% U, N# m轻载降低工作频率

15ms倍频模式
: K, n% n; }0 M* m" }
可编程外置过温保护并进入latch
- C; H6 g) y, R. e7 l( l2 ~
4 t0 M9 X3 d# w  LVDD过压保护和输出过压保护功能并进入latch
: i% p$ l& ]1 e  }2 h/ K
内置前沿消隐电路

" a, y8 q- r7 u# P内置输出二极管短路保护
; z+ V/ F2 T0 A) Y% J, ?
内置过温保护并进入latch

过载保护
* }5 c; K  K( j9 b- z- ]
SOT23-6L封装
4 R% |8 \8 R. t( G7 {$ i# v- Y
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。

基本应用
; W, X& |& [* H; V
AC/DC适配器
5 P% R, E+ \/ U% w$ X! ]4 D
电机类适配器
: S, p' F; l# A
充电器

存储设备电源

3 H/ ^! p0 ]. X7 s7 q3 v! v  H典型应用
" O9 p4 I& }; N+ C: @

' c1 {/ N2 f6 S# u' Y- b管脚排列
7 Y: ~2 l" k& y+ [3 L8 T( |
) w' h( C; q& W1 i, O; Q

管脚描述

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。
, n/ c" K6 C; {% ]( `
- r) |; V% L- ~# A/ I$ |  |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。
: U  o. Y9 _4 r7 ]* D( t; x
/ S" c( s+ v$ Y3 o8 h/ l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。
" }  l+ l$ j: D0 f/ J' V
02、样机特性
3 p1 i7 c% q/ p2 X5 q% h2 I
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。
8 I2 d9 N, h3 K1 V* P: d
2.1、输入特性：
/ X# r. w0 G1 ^+ Y

" ?' x+ \; c# c+ Z0 t. ^6 l2.2、输出特性(PCB END)：
4 j; c0 K# l% F! O. `  z  R+ i

/ X# s7 d, A+ P6 z6 o* v2.3、整机参数：
3 `0 n1 u9 d# c. Y1 ^' X

2.4、保护功能测试：
( f' v. D% Z' |# p; v

2.5、工作环境：
# S+ J# s6 i, J+ D

. Z) P/ c8 |; k
4 ?; R$ U. j: @" h9 t2.6、测试仪器：

03、样机结构信息
% {3 ?8 I: {" O: J* r4 H4 U  \
0 y& N0 j& g+ ?7 ^5 Z0 [8 S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。

3.1、电路原理图及BOM：

1 W4 [  x  C: a7 L" P  i7 G3.1.1、原理图：

& ^+ T% N) Y# M4 c1 r4 c1 z3.1.2、元器件清单：

3.1.3、PCB 布局&布线：
. B2 B3 A0 m& R! z; g
  ~- h7 Z2 e" f# q

PCB 顶层布局

PCB 底层布局

3 h+ h! @% F; V  v' B

PCB 底层布线

3.2、变压器绕制工艺：
" Z' ]) q1 y! x
3.2.1 电路示意图：
9 ^  n0 B2 p" @2 F5 `

9 m4 H6 I" C- ^3.2.2 、规格参数：
8 Q8 y1 E* t8 R7 {; T  l9 \
9 V$ L! q7 \  y  i( J6 t- S1）骨架：PQ2620 磁芯（5+5PIN）,Ae＝119mm²；
2）材质：TDK PC40 或同等材质；
! E1 N8 I3 G6 A, ~3 E1 H3）初级、反馈: 2UEW 漆包线；次级: 三层绝缘线；
( d- o. O- A1 \2 X. A/ s, }! U4）N1 N6 N7 绕组从变压器针脚B 进线从顶部A 出线，磁芯接地；
7 L- x3 k! D# W) Q5）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）)；
- X* K4 C! _6 [! h3 j8）耐压测试= 3.3KV 5mA 1Min；
9）成品要求:浸凡立水；

- o% b  z2 ]# b7 R5 W6 I3.2.3、变压器参数:

8 e9 J5 k5 ^  A

, }, ]: W0 F- d9 W) G: M, D* o/ V3.2.4、变压器结构图：

( P& p, }3 ?1 ?" k% N& d: n5 _# D2 l: k) c9 |04、性能测评
9 z# e% c/ ^* F0 S) f# z) S
# I) r6 @% f" c3 ~. b7 O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：
0 U3 W) q/ A* v: v, ]
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。

6 K1 V; `: ^2 U9 U, c表1 待机功耗
' u+ `/ E/ @% m

表2 输出接1.5M 18AWG Cable100%负载下的输入特性
% w* m, O9 v9 j$ g- h* F. K& U. t8 V

表3 效率测试（1.5M 18AWG Cable）

表4 效率测试（PCB END）
' D+ g+ u" J8 {& O" R% J3 @, d6 E! O

. ^1 m  J5 {& X+ ~& k7 T表5 能效等级评估（1.5M 18AWG Cable）
& ^$ [, E  Z: v3 @* s

" w6 J! l' _3 y1 S) N4.2、输出特性：

4.2.1、线性调整率和负载调整率: （ 1.5M 18AWG Cable ）
% J+ X' E3 _5 @7 L, q* K- w

2 d- r( V) _( d+ J
4.2.2、输出电压纹波：

4 U) J3 V: G) Z+ E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

) z5 s# _% O6 k6 B* D% b3 l) b' o

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

R&N @ AC264V/50Hz,No Load

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

( ], }1 x5 p: j2 f4.3、保护功能：
( l( X0 U. n# N
以下涉及过流保护、短路保护的测试。
$ }! v& J, @* e5 n' B$ v+ e
4.3.1、过流保护：

( d: Z( v) A; w4 H5 o  T# W

2 w! {& d* J  z, ?1 H; g$ s4.3.2、短路保护：

0 x+ F8 b2 F# c! h  ?: q1 o9 a功率计电流量程2.0A,开启平均值模式测量。
! f7 f! l( ], B% z, o+ P

' U# e  b8 R" l7 M; U& n* H% ]6 \4.3.3、Peak_load 功能测试：
7 A4 N6 X5 W, q9 G/ b1 t7 m
" y/ y5 p# K( d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。

: B- }% V  p3 C5 a7 j) E+ r. z

AC115V 发波周期12.6mS，Vo 最低15.6V

$ @, G! Y! |  M: W" n% N( L: f

AC115V Peak_load 功能升频151.52KHZ

# H% s( l/ I# w

AC230V 发波周期11.2mS，Vo 最低18.2V

9 A, @; V% a, k2 _7 u

AC230V Peak_load 功能升频151.52KHZ

4.4、动态测试：

9 l* C6 i# d3 ^3 e4 \) l  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)
& d6 Y  \) c3 t; y
: d( v" G9 A# W9 c

AC90V_5ms

AC90V_10ms

AC264V_5ms

/ b1 s8 x+ [0 z/ Q( c6 a. Y

AC264V_10ms

  C# m4 P* ]( q4.5、系统延时时间测试：

+ t6 B/ Z, J1 N6 ^9 {

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

3 H8 L8 T! v/ Y, K* G& J  m

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

) `  ^2 l& m4 E& i6 G* P+ ?& d

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

% z9 f- i2 {7 O) `5 ~' |6 [  s

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

4.6、其它重要波形测试：

AC90/60Hz，100% Load CS 波形

, n5 f* V3 m( G! x# T1 K

AC230/50Hz，100% Load Gate 波形

5 c. |$ e$ ?$ v& k4 P" Z

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
5 o% Z, s* X' L1 W4 H
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

3 A% y4 d: g" F# i测试条件：

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）
! B% h* L# x# g+ M9 {$ L
' x+ ~- J5 _8 F! R9 \  C: \$ n

AC115V 传导L 相

, L( i8 z( H) n) C0 ^

AC115V 传导N 相

7 x7 Y9 ]! A) o  v" J$ C; }( _+ m

AC230V 传导L 相

AC230V 传导N 相

( B% }2 v, F4 x" L

AC115V 辐射

" D; m" X9 H8 I0 Y0 Y# P5 p

AC230V 辐射