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。

1 |. b  L/ S8 d! X01、样机介绍
5 N" T- o% O$ j8 L, \- 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。
; |4 l( m8 r! u1 Y, z( P

CR6890H_20V3A 工程样机示意图

7 N6 M! l' {2 p% s% [6 ^6 M2 iCR6890H 芯片

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。

+ `9 @7 b' |2 S* h* {7 n特性

* o1 _4 I1 M. c2 c2 h& ]; Y" t% C较低的启动电流 (大约3μA)
3 c) m( o' ]: u
内置软启动减少MOSFET应力
8 X  B2 j7 v4 y5 r0 V& Z' k$ P
带有Peak_load 升频功能；

, H! V  f& }5 J* |: hCCM+PFM控制模式

& y, P" A; [3 a# V内建同步斜坡补偿，消除次谐波震荡
6 F; t; |& q; j4 ]& D
3 G6 v! M' P. U) B1 O内建频率抖动功能，降低EMI

内置65kHz开关频率
" Y/ b7 q0 H4 k+ W5 V
轻载降低工作频率
6 w$ j# o3 G7 Y# ?' c. I  ~
% t* \7 r/ ]# P* q/ X15ms倍频模式
' [, X6 C: N' v3 I) V$ {8 w
2 O9 R) ~/ i# v" T8 W# }  \; N可编程外置过温保护并进入latch
6 N* O+ C4 j: @5 z3 m9 _) ], u
VDD过压保护和输出过压保护功能并进入latch
) p$ k0 ^3 @( ~* `
内置前沿消隐电路

, \* `! ?) k( k* U内置输出二极管短路保护

5 {! n9 Y( [$ [内置过温保护并进入latch
' r0 u, s$ ?% U% b
# R: S0 S; g( ?) \; k过载保护
0 S; F6 u4 \2 H0 g: @- p/ W
! h6 T8 b8 g5 S* q7 J0 TSOT23-6L封装
5 V5 l  D  N1 M# w1 p! N" Z- [
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。
( j' L  b  o( Y* X# W6 g
基本应用

2 _  m/ I  }0 g! ?* }! c- qAC/DC适配器

) ~* [% I5 P( y5 R: w电机类适配器
1 z& l$ d. v; J: j1 M0 X& _& [" }
充电器
* U8 C& c$ p5 M. g, \
存储设备电源

+ o) X1 k5 d2 Z典型应用

  `! P8 J5 K* T管脚排列
, A( }( w: }: F7 M1 x+ E3 A) K3 H

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。
' R5 K% n8 t7 K9 n
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。
; ^0 d; e+ T- t- p: _) n
/ G8 ~: L% Y* B# B. a/ S, K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。
* s8 m9 T7 m8 x  D4 l  c# V' U
, U( N9 C/ s3 P3 q( Q% P' g02、样机特性
9 R0 A% }( ?" u1 u$ e
' \8 t9 b5 r  ~0 H; ~" I! Z$ s. n5 l7 c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：

# Z( W* u( \2 l  x& n2.2、输出特性(PCB END)：
! v4 i7 n- z# c

. o- v7 L2 U5 W* r
2.3、整机参数：
7 ]) |, \+ ~  r6 C+ d

2.4、保护功能测试：

2.5、工作环境：
6 I( }% o9 p; Q1 Q; |! g- `

: x8 l% f* B% q8 n
2.6、测试仪器：

03、样机结构信息
. N# A& K( `& M/ _# z' a" x
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。
& y, w- s) K) k" a. s4 k: k
3.1、电路原理图及BOM：

3.1.1、原理图：

8 L. U1 T( p, H5 I

; `5 C: q4 K! f4 {3 Z3.1.2、元器件清单：

3.1.3、PCB 布局&布线：
7 b9 {: n4 i5 O7 c% j' \
: S2 |& f( A/ q. r7 M. T( A# A- @

PCB 顶层布局

PCB 底层布局

PCB 底层布线

3.2、变压器绕制工艺：

3.2.1 电路示意图：
( k! x) T) d) o: L

3.2.2 、规格参数：
$ H9 T' H% u! ^5 o
& S  H5 \' m; o8 e3 x1）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 \% H! [- X7 ^7 D- \0 i6）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）)；
. d$ F; d/ E3 Y0 x8）耐压测试= 3.3KV 5mA 1Min；
9）成品要求:浸凡立水；

" k' d+ [6 n! U9 J% s3.2.3、变压器参数:
1 z8 {8 ~& A7 a& D
+ {  [% B* T; C! ?  E

3.2.4、变压器结构图：
7 L" I# R- ^0 C

1 I$ T% g; t8 R  b- ?04、性能测评

, s, Q; C7 J7 o3 V* j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：
1 z$ B& V+ x" R3 n# ^
4 Q6 w7 T9 `8 V) Q: p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。

3 E8 S; [! E& i! @# P表1 待机功耗

表2 输出接1.5M 18AWG Cable100%负载下的输入特性
: t" ~: Q% w! j. N, y9 y8 T, }

表3 效率测试（1.5M 18AWG Cable）
. c  W9 }2 L1 }* P" t3 |

表4 效率测试（PCB END）

表5 能效等级评估（1.5M 18AWG Cable）
' H3 S7 f5 z# z

  B  E* @, l" X/ O! Z4.2、输出特性：

4.2.1、线性调整率和负载调整率: （ 1.5M 18AWG Cable ）
. {; w7 q+ v) Z$ K3 M/ `  C2 k

/ E8 {6 I* h! d- S4.2.2、输出电压纹波：
+ I0 {' i! P$ e' h  i2 U
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

6 u# s! v3 d0 V/ K, k3 ?

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

R&N @ AC264V/50Hz,No Load

! V8 j- m" f8 y; I- d2 S

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

$ k1 B6 S- j9 a1 |7 j" [0 `9 u9 q4.3、保护功能：
0 I/ k# X6 q3 c9 Y6 L
以下涉及过流保护、短路保护的测试。
8 g2 @% H" ?6 d) z; A6 l% r& M
7 Q9 ^, W4 h2 x/ w/ w, O, \" l3 `4.3.1、过流保护：
  ^" J7 J7 j7 ^2 a# ^+ M% o
( j& y$ [( x2 z6 @( N

4.3.2、短路保护：
7 y5 D0 v1 N' I' i: w. T
功率计电流量程2.0A,开启平均值模式测量。
$ X' G( q% L6 |, J* a( b

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。

3 Z8 k4 A# L% Y( w. c! y- |/ q

AC115V 发波周期12.6mS，Vo 最低15.6V

2 @3 {" O* R/ H# n! D2 u5 I, N5 D

AC115V Peak_load 功能升频151.52KHZ

2 c$ A- j0 M9 w' F; o

AC230V 发波周期11.2mS，Vo 最低18.2V

AC230V Peak_load 功能升频151.52KHZ

; G2 l& z& y8 I: j1 G  [( C% A- G7 q4.4、动态测试：

: \4 v4 b, A7 `6 [" ]  z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)

( t( O8 I9 `7 K; }: B

AC90V_5ms

AC90V_10ms

9 d: u* D! h! j5 u

AC264V_5ms

AC264V_10ms

4.5、系统延时时间测试：
7 c) W6 ]$ F+ w

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：

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

7 f4 B1 C3 r" Q9 G1 c05、温升测试

5 K2 f' l! z5 M" r测试条件：带外壳在40℃环温下长时间带载3A 老化。
3 c' \% s. i7 y2 F

0 q, r- N% Y5 k) V( G& @06、EMI 评估测试
* t9 b" z( u- r0 F$ d$ _, Y$ Y
- M, k) H  y2 g% m. H# d测试条件：
$ D9 w' N. m  j0 i/ v' I
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）
5 q- Z- o& q& x, c

AC115V 传导L 相

AC115V 传导N 相

AC230V 传导L 相

AC230V 传导N 相

8 M# ?. N+ J4 {

AC115V 辐射

, w% L8 z. o; x. Q

AC230V 辐射