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

+ x' T6 |8 G$ w8 v# i6 s. @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。

, A* Z% @1 P8 r01、样机介绍

1 T( x, U# F; B, z) u5 z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。
. |, |9 f5 f% b
/ u( z2 S3 K7 F8 w

CR6890H_20V3A 工程样机示意图

CR6890H 芯片

# i) u# |$ \; O5 S: h% E- aCR6890H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。
- ?. L# @- S  R8 C
7 h- o# |( @  U% k- @特性
+ K! u* O3 g& |" p# D
较低的启动电流 (大约3μA)
8 @! F0 B* H/ G; i
内置软启动减少MOSFET应力

带有Peak_load 升频功能；
- c  Q% k6 ~' r' ]1 E
CCM+PFM控制模式
3 ^3 o0 s. B4 j. |/ ~1 W' M2 X
# x$ m5 d" H; g5 l- y内建同步斜坡补偿，消除次谐波震荡
9 T" t( s6 ^2 s: [
内建频率抖动功能，降低EMI

* ]/ i7 b  P" Z5 f; y内置65kHz开关频率
+ R! a5 {& {. b1 w
2 o; a' K! b% |! ^( u轻载降低工作频率

' ^, S+ D: _8 x; {8 L. ]  m2 [15ms倍频模式

可编程外置过温保护并进入latch
" n( u4 L9 _0 R0 y
VDD过压保护和输出过压保护功能并进入latch

内置前沿消隐电路
$ y- G6 e( E/ v- j0 o1 ]
) k3 I! U6 B& h. `3 w内置输出二极管短路保护

" H: W& m  I- O" }/ {! {5 W/ U内置过温保护并进入latch
* W' `  p6 _1 R6 k% m
过载保护

5 t1 }+ L/ T* ?/ cSOT23-6L封装
% ~; x. Y! J- W& Q7 X% `
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
8 M6 Z7 C0 d. ^6 `
" Y7 {( K" p6 o% B5 zAC/DC适配器

电机类适配器

充电器

存储设备电源

典型应用

管脚排列

管脚描述
) E7 j! T$ c1 z$ X3 g
8 `1 O7 u- m) A4 b7 \6 F

) f/ d: Z% h) C* g) b0 j0 `( J1 F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。

" b% t8 @- P( d. r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。

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：

7 N% W8 ?0 E: w' ?* R; O# [1 q
9 }7 c5 t3 R; X0 P& N8 X" G2.2、输出特性(PCB END)：

2.3、整机参数：

% i/ l3 W2 Y, r3 A. ]0 y: Y9 w2.4、保护功能测试：

2.5、工作环境：
, a: v6 ~" T8 }1 X& {) \3 @

2.6、测试仪器：
& {. {& \/ c9 V3 y. p, [

03、样机结构信息
3 q- g% a9 j' m" g) z0 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。

3.1、电路原理图及BOM：
1 g) J' q" O8 [% G  m+ p
3.1.1、原理图：
. N' ~3 l/ ^) a+ u. r
/ v6 y* x1 I4 j& b8 H

3 ]/ T, L/ V: J0 K3 Q4 N3.1.2、元器件清单：

. @$ Z! G- A( ?

3.1.3、PCB 布局&布线：

PCB 顶层布局

7 X5 N5 {3 }, i1 b  |+ B

PCB 底层布局

- g4 T+ k" C& B0 z6 }9 h  p

PCB 底层布线

3.2、变压器绕制工艺：
! _0 _) q/ M+ C; ]" h
; I8 r2 L! m, l6 K; J' P3.2.1 电路示意图：

3.2.2 、规格参数：
( g4 ^# w! t9 h: _9 |
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；
1 Z) Y3 a+ L& }' u5 W: w5）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）)；
( U! K8 h# v9 _! i' A$ D8）耐压测试= 3.3KV 5mA 1Min；
9）成品要求:浸凡立水；

3.2.3、变压器参数:

7 s% j! Q6 b6 @1 H) \- m! r  x

, \7 E! d8 z' A/ B3.2.4、变压器结构图：

04、性能测评
& X/ Z& ]$ i6 D
. a8 Q+ v! r0 {7 N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。
* J( \! y  {% r' D" o: w
# q: H4 X5 A1 ]1 N" `4.1、输入特性：
3 n+ y% ~+ b1 l2 {; i+ I& y
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。
1 O" D* u: v$ Y! E# l+ ^
4 t5 n8 a8 B# C表1 待机功耗

表2 输出接1.5M 18AWG Cable100%负载下的输入特性

& B/ x" A1 e' T. g% ^: a  W表3 效率测试（1.5M 18AWG Cable）
7 k( B; \8 M5 I: K3 f4 W0 C

. M- v1 S8 {; k# x表4 效率测试（PCB END）

表5 能效等级评估（1.5M 18AWG Cable）

2 G$ o, D# @, X/ j# L6 i% q( e4.2、输出特性：

4.2.1、线性调整率和负载调整率: （ 1.5M 18AWG Cable ）

) y7 S  K. ~* f; C% X7 n
- {+ o8 @- e( f& u6 h4.2.2、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。
! T) {$ D8 K! V6 ~
1 L+ H8 R/ A0 n0 h" u! s) j

5 [. ~0 r% z9 B% `8 O

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

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

0 n- A5 p  D; [' {7 p, m6 {

R&N @ AC264V/50Hz,No Load

( q- u1 u  ]- @1 W( x  q* l

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

4.3、保护功能：

$ g+ q% p/ |6 H( K3 z以下涉及过流保护、短路保护的测试。
6 T$ ]/ C) `5 l4 K: S+ l+ H
9 ]* {6 K; F2 i3 S) O$ t( K4.3.1、过流保护：

3 x* M6 Z1 _% ^0 N) R' d" s+ v! s) W

4.3.2、短路保护：
' l" |' v& w) j  o
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：

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。
  @: J% b4 U" D1 o$ b( I9 d7 w/ [4 r

AC115V 发波周期12.6mS，Vo 最低15.6V

AC115V Peak_load 功能升频151.52KHZ

. f$ k9 w: A& ]9 y; k

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：
5 K) E) K2 R/ f/ F$ x: }
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)

( h* L+ H  e" Z$ f* F1 f, y9 q

AC90V_5ms

AC90V_10ms

: P7 }. s2 d! Z1 G# }

AC264V_5ms

AC264V_10ms

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：
1 D  ~, e! c: t' t5 N
% u+ ?% `4 F& C$ Z' \# C4 {

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

. u4 `: Z4 e8 y/ P" p0 F

AC264/50Hz，100% Load MOS-D 端波形

05、温升测试
* V  L; ^6 r; g( s4 }) E- f
测试条件：带外壳在40℃环温下长时间带载3A 老化。
5 Q, Z9 a7 F+ |  ^2 k) b. M
( I7 x. W: Z, R

2 d# N2 Z& G$ }8 n5 ?, E06、EMI 评估测试
2 t: X. P; N* O" r2 U, a5 y
1 l2 _  W' E2 s5 B# O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）

2 P9 W' c/ D5 v6 T0 ?

AC115V 传导L 相

6 ~# i3 C' W; \6 S% c

AC115V 传导N 相

AC230V 传导L 相

AC230V 传导N 相

AC115V 辐射

( l) ]$ _6 [$ G$ g

AC230V 辐射