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。
9 O0 ~8 [3 F( r  C% J0 `  K3 C3 @6 [
% T- q0 Q9 `  g, V$ S01、样机介绍

' _: T8 s) h; p) d/ k- J, F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

0 |4 |) V! L: D9 ?7 XCR6890H 芯片
0 q; \7 L8 F, f  J, H# l6 q
5 M8 `$ i: B; B& N% Z# ]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
7 S1 Q/ r: l4 w1 r4 ^1 }* V
较低的启动电流 (大约3μA)

$ W: \# X# j3 }2 Z, N$ Y内置软启动减少MOSFET应力
' Z) Z4 F8 X1 E  d+ Y8 V
# ^$ `7 w7 j+ h2 `# s带有Peak_load 升频功能；

5 k" P- ~1 s5 s" s' iCCM+PFM控制模式

, R+ w- |  ]+ |内建同步斜坡补偿，消除次谐波震荡
+ `0 _7 D. ~+ @& q2 l3 Q3 |
' ^4 Y, z* c- y  T内建频率抖动功能，降低EMI

. X7 p$ o4 Z( c, k内置65kHz开关频率
% U" f" x7 [4 F7 t, K% \
: t3 u! p' l  C) p5 X轻载降低工作频率
* e* O, B4 P$ O% S! F1 \7 o9 D
15ms倍频模式
  N: z: h1 S% _
可编程外置过温保护并进入latch
2 j' y8 O9 u' D! Z* ]
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

) |3 A& i+ T; P9 L内置输出二极管短路保护

内置过温保护并进入latch

9 p5 O' H, u1 O. q6 V7 [过载保护
0 g1 h! Y, C0 A
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。
/ M3 a  ]" v' G
# N& G+ H" X. \1 y基本应用

6 i/ B* S: A2 a/ R' w3 rAC/DC适配器

电机类适配器
+ P3 e  V9 _: F; D
充电器
( [2 L4 S, U; b0 v
) G3 R# E) J, m存储设备电源
' _. H* y# {$ z! t
/ \3 U; T. y2 F1 J; X6 J6 [典型应用

管脚排列
) h& y2 x9 q) i
* L7 U5 h$ g. w2 u% F

管脚描述
/ X- b5 D; U  ?' F  Z
& u, ?$ g; j2 p: z

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 b1 N+ t4 E& R% P( M) h2 R) g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。
* K# h: w' m# O0 n- i% w; G# |9 p
! j+ o* o, h) h$ X+ o  j( {$ n& 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。
( l0 v1 {) U- V. e; T* f
02、样机特性

1 R0 }2 o# L8 j+ L/ a$ O4 T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。
% l' ]: r; @9 P
$ E0 Z" d; [0 R& q3 ^' F8 t" o( E2.1、输入特性：

2.2、输出特性(PCB END)：

! K* |" C6 [; @# [0 F! J
5 r# y) Y7 F  m* s9 I, \9 p! @3 D2.3、整机参数：

2.4、保护功能测试：
' K2 {: ^7 t' Y1 I$ |' I; S

% }( L; L8 f4 V( `2.5、工作环境：

& s6 h. a  v% L+ [: e6 A2.6、测试仪器：
) e- K' i& V# d4 p6 K

03、样机结构信息
6 o! m  \  K: s1 Y
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。

% c# I8 A  W, d2 k' ^& K3.1、电路原理图及BOM：

0 f, O4 z9 S( U: m" A3.1.1、原理图：
) ^5 X7 }" v5 a& g

3.1.2、元器件清单：

3.1.3、PCB 布局&布线：
/ u2 p7 H  Z! d: p6 F
0 m# j% }/ y, g$ x# F5 }0 ]

PCB 顶层布局

% c& v% H! M  V, C5 M0 Q1 J! D

PCB 底层布局

PCB 底层布线

3.2、变压器绕制工艺：
1 j& O0 T2 F  c; u$ J
3.2.1 电路示意图：
* s8 s" G4 k' \) i3 @

3.2.2 、规格参数：
/ G9 E/ E$ a: s8 p  @* v) o3 X
/ u* ^& p4 X# n8 k# w3 \7 n6 L! m1）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；
3 @4 t) s* n4 h- O5）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）；
: ^( F6 u5 }( f% e! f% p' J1 b: Q' k7）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）)；
8）耐压测试= 3.3KV 5mA 1Min；
9）成品要求:浸凡立水；
# e; a$ W* P- }! ?6 X
; ]9 H" C" h! J' N  A3.2.3、变压器参数:

5 b- ?5 x) o0 x/ C. x3.2.4、变压器结构图：
  G' x8 e5 V5 \! t* q

04、性能测评

& }! p% `, [% V! e# _  Y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。
) w, n$ [: R/ v& E8 [4 u0 O
0 s; i: ~/ N! O. @7 H1 c" k" l$ a4.1、输入特性：
* `0 q6 W! Z2 ?& [1 U
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
/ z: x5 y3 [6 R, y0 v8 J3 {2 n

; O4 R' J! a5 F. H表2 输出接1.5M 18AWG Cable100%负载下的输入特性

0 f! L# g/ m' V2 _0 z* W3 [表3 效率测试（1.5M 18AWG Cable）
$ P$ T& Q* I. d+ R5 B* Z' |

; S& t+ A8 H7 Q4 I% j表4 效率测试（PCB END）

$ ?8 _" d, S1 Q, N0 m表5 能效等级评估（1.5M 18AWG Cable）

5 |( x/ G1 B& {3 ^. b) F: n- ?, x4.2、输出特性：
* B. r1 ]  o3 k8 A* e2 A
4.2.1、线性调整率和负载调整率: （ 1.5M 18AWG Cable ）

9 x7 r( B: B# I1 E4 O
4.2.2、输出电压纹波：
  e9 t% n' ~1 q% e: P4 q
" u5 C3 ]" j) [- F+ o2 M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。

6 S; e3 k. r, O/ s/ D

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

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

R&N @ AC264V/50Hz,No Load

$ A$ k7 A, f6 _% _; O4 Z* n

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

4.3、保护功能：
+ ~  |) }2 I3 V
7 D2 J# m. p2 r以下涉及过流保护、短路保护的测试。
9 u! M& z, D' U* \0 ?
7 u+ E0 W4 h  z0 g& t6 `" g% v1 d% w4.3.1、过流保护：
1 z: M( Y: ~0 p' @6 z# }* b3 K

6 n5 x, |9 F. A2 E- g" @8 {$ J( r, O7 v4.3.2、短路保护：

功率计电流量程2.0A,开启平均值模式测量。
& O; w5 F4 p0 e% g9 H  V

4.3.3、Peak_load 功能测试：

& g8 k, x% E0 ?; w% f' G1 k+ R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。

  I- k# a; Y8 }1 y1 s* i$ g% }

AC115V 发波周期12.6mS，Vo 最低15.6V

- K( m$ j. z2 N( y3 t1 I& T$ Y

AC115V Peak_load 功能升频151.52KHZ

1 Y" _0 V4 i/ B) X  r; H0 d' J

AC230V 发波周期11.2mS，Vo 最低18.2V

* d+ m* C6 K, G5 R8 U: @1 v

AC230V Peak_load 功能升频151.52KHZ

4.4、动态测试：
2 ?5 }3 Z; `, u# v1 ^
  i8 G* D( u8 X% c9 V3 {' |1 D4 H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)
( l) t( `" d6 Q2 O7 _
$ j0 ]$ n9 d4 R8 t

AC90V_5ms

AC90V_10ms

# R9 m, i5 {0 f9 g  h- i# Y- P

AC264V_5ms

AC264V_10ms

4.5、系统延时时间测试：
& J1 c+ J& [2 C) K) [
8 r  x) B4 p, x4 c

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

3 t% i! j$ d0 \+ d

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

4.6、其它重要波形测试：
# Y9 s# ]' e4 i9 C! u
# P6 V. v5 J  G, Q% r2 C1 n

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

3 A: m6 {; c" n! ]05、温升测试
% U2 E2 m0 c. P, |! w3 C
测试条件：带外壳在40℃环温下长时间带载3A 老化。

* r4 g+ z* z* p" M( d( n1 K

06、EMI 评估测试
# @- T2 ?! F; B; j8 @4 A7 w
& ^& p4 [$ z8 S6 K* c- v3 q测试条件：
% e  K; N, E) v* E. v+ B8 |4 O
输入：AC115V/230V；水泥电阻阻值6.67Ω，带线1.5M 18AWG 测试；
2 a8 _9 s4 C0 P' y6 Y限值标准参考：EN55013、EN55022B。（测试结果仅供参考）
+ R5 l) p9 l# C& c. N
( L! D/ f6 v/ ~7 O/ o2 O

AC115V 传导L 相

AC115V 传导N 相

AC230V 传导L 相

% g. P. n+ R4 U: N

AC230V 传导N 相

5 E1 i2 V$ a$ K2 I

AC115V 辐射

AC230V 辐射