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

, b- E" O/ t) V: o
$ Z2 V5 a% Q# M; f( u) S% P3 D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。

) t, {: V' k3 N% u. N01、样机介绍

- k5 |- Z2 X+ O3 _1 f8 n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

8 y& j: E+ e( Q( k& a! M8 [; M4 U; s; FCR6890H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。
8 E# e& ~7 l  `& f, k0 p
特性
' I0 x% S9 E% K
较低的启动电流 (大约3μA)

/ X' S: ^( I( P- c5 v- Y# t内置软启动减少MOSFET应力
& v% m8 ^8 o) |2 P
带有Peak_load 升频功能；

0 j; a  ^" N  h" `5 o: l) wCCM+PFM控制模式
$ X+ S6 M6 K% Z2 q* J  D8 Y& f
内建同步斜坡补偿，消除次谐波震荡
, o6 Q" B: N6 L0 f
内建频率抖动功能，降低EMI

1 h9 g3 ~3 B. Z  L内置65kHz开关频率

轻载降低工作频率

7 ?! l9 p) O- i' Z15ms倍频模式

: X& `, p% d: c$ O7 N0 s/ L  e5 }可编程外置过温保护并进入latch

' Q/ Y' w+ [/ R  [VDD过压保护和输出过压保护功能并进入latch

- P4 O9 s% f& ?. E$ @5 I4 v内置前沿消隐电路

' [, J' f, _* v& g/ r: X内置输出二极管短路保护

内置过温保护并进入latch
4 {. F/ o! k1 D
7 ]0 Y6 s$ V- n% S/ q过载保护

SOT23-6L封装
# R4 H# P& q1 q$ {2 ?
( B8 a* l- D# I8 q1 T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。

* B: a% u* n4 o+ n/ e3 r: B基本应用

AC/DC适配器

; W; k" u$ B# v电机类适配器
( M8 N# n  p* H& m
- F- {# `- L' X* k% [2 @充电器

存储设备电源

典型应用
5 S* I! X+ ~. F( {; f

管脚排列

3 m% {# ]" o" @8 _6 f

管脚描述
7 F7 d& v! k( }2 g$ b0 [6 c
7 O0 L2 P7 K3 T! Z

2 [1 z7 L: ~- ?( |, a& H/ P" }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。
# @- `0 _8 i% {, _7 Q, W) ~
- A! z4 v% H* |4 E. _; p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。
5 C! G2 o9 \0 I0 p% t- |8 `, K
0 {- M; ~' w  S2 u" s1 c1 i8 p/ l* ?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：
" l4 i7 P% u% ^2 e- u

8 v6 A& V6 N/ r. \- N6 c3 f8 n
2.2、输出特性(PCB END)：

2.3、整机参数：

2.4、保护功能测试：
) S$ n8 |% f4 K) o3 S

2.5、工作环境：

1 c/ J4 B! a5 ~2 D* e( s- t2.6、测试仪器：
' |9 t7 q: ^+ M; P) \' V! c: K

03、样机结构信息
5 |. `4 E* ~* i" b' Z" t
, [4 B! B) Z. s! `4 E: P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：

3.1.1、原理图：
* k9 t4 [/ N+ t/ r  s

# w1 y# `  X" ?7 k$ N7 i3.1.2、元器件清单：
2 J( j; c4 t/ \4 C6 F

+ c. ^) ?4 ~1 g% i1 o8 f1 Z( l6 B( G3.1.3、PCB 布局&布线：

; L  x1 o' A1 i' a

PCB 顶层布局

" h7 N7 G* o% Q$ z

PCB 底层布局

8 U$ u" i3 ]6 D& u: R4 E3 D

PCB 底层布线

3.2、变压器绕制工艺：
2 Z! p2 W6 L" z/ V& u* B3 O
4 b2 K0 Q8 w: Z1 E+ M* H# z% H3.2.1 电路示意图：
) C2 P% H) L, W

3.2.2 、规格参数：
' [' Z' [$ |# L/ _( H4 @
" M; Y4 u8 d' i) t  i" k" I- r6 A1）骨架：PQ2620 磁芯（5+5PIN）,Ae＝119mm²；
# A! ?( ]; R+ B' e2）材质：TDK PC40 或同等材质；
: l# |& K6 W) d/ `3）初级、反馈: 2UEW 漆包线；次级: 三层绝缘线；
* w4 i% a9 e' a* }  m* T4 M4）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；
, g! h% G9 q. T2 n, }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）)；
8）耐压测试= 3.3KV 5mA 1Min；
4 X( i% \, l8 h3 T9）成品要求:浸凡立水；

3.2.3、变压器参数:
: E3 K0 G* p* f; K3 i6 D, @2 R8 S

3.2.4、变压器结构图：

5 N- u) g; j) E. \04、性能测评

/ l/ ~4 X$ b" a. F# o' y& b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。

- I9 D8 s+ y8 ]# U# s- u# b4.1、输入特性：

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。

* C8 i* B/ c) U+ s! K8 K* y; ]1 |表1 待机功耗
) t! c6 X7 S; U5 Z& q. }6 O: z% I

表2 输出接1.5M 18AWG Cable100%负载下的输入特性
5 G9 q& Y# ?; t

3 m% Z, P, F% r表3 效率测试（1.5M 18AWG Cable）
' ]' n; l2 Y/ W7 x7 k6 p

表4 效率测试（PCB END）

表5 能效等级评估（1.5M 18AWG Cable）
6 Y8 p5 {5 M) v; r$ J

4.2、输出特性：

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

6 u7 b# p. U  j* `1 k8 U0 e: a
8 p) I0 V( ?7 s7 Q8 ~4.2.2、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。

, B0 T: g5 Q+ e. D9 }3 x6 n

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

, O& w4 j8 V/ ~! u7 W# I. c

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

R&N @ AC264V/50Hz,No Load

" ]; ~/ A2 g3 c3 M5 s( z

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

4.3、保护功能：
1 F& \* d1 n! E; k* f( G
& J! d9 G9 t3 W$ E2 N. c6 b以下涉及过流保护、短路保护的测试。

4.3.1、过流保护：

4.3.2、短路保护：

+ Z2 K9 w2 A/ D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：
; f- s8 w/ V: 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。
9 o$ p* G9 G1 c) Y+ E' A* w

AC115V 发波周期12.6mS，Vo 最低15.6V

$ v) }1 p5 f6 s( r

AC115V Peak_load 功能升频151.52KHZ

AC230V 发波周期11.2mS，Vo 最低18.2V

9 Q0 k3 {. {- X

AC230V Peak_load 功能升频151.52KHZ

; G' {1 V, J- X3 W8 r4.4、动态测试：

. G4 w8 }6 t1 H9 T6 |) ^! S% Y$ V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)
) Z- f- [" H- q

AC90V_5ms

AC90V_10ms

8 C0 S0 ~$ u7 I) b. n

AC264V_5ms

0 b( d5 n( F8 j

AC264V_10ms

: ?3 y" a6 s) \3 y% e5 J4.5、系统延时时间测试：
6 X1 v$ Q/ H2 |  S3 I9 P

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 h$ r! Y6 Z( E) b
5 l; J! |- |. U; k

AC90/60Hz，100% Load CS 波形

; T4 T6 K5 N8 l" J8 C) ~$ _

AC230/50Hz，100% Load Gate 波形

( c# d- J4 x* h% c

AC264/50Hz，100% Load 输出肖特基波形

AC264/50Hz，100% Load MOS-D 端波形

; H3 d! j" C2 L+ R7 ~6 l/ Y05、温升测试

$ h6 R' ^: X8 V- Q. g6 L测试条件：带外壳在40℃环温下长时间带载3A 老化。
' L% m* `2 L" e: k3 M3 W

- M, o6 c% i2 Z06、EMI 评估测试

测试条件：
0 W* E3 d/ ~/ u0 g( }
输入：AC115V/230V；水泥电阻阻值6.67Ω，带线1.5M 18AWG 测试；
" n* ?/ a3 z+ \( Y* D% P* b3 |限值标准参考：EN55013、EN55022B。（测试结果仅供参考）

AC115V 传导L 相

AC115V 传导N 相

9 A: j( Q3 ]  F$ b. ?

AC230V 传导L 相

, z, j6 v/ _$ P7 c* f9 _5 b  I! U

AC230V 传导N 相

0 E: Y+ w( x) W- d7 P

AC115V 辐射

4 T$ ]$ x5 O  t8 A* e! d6 f

AC230V 辐射