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

, E0 q4 l  {4 ^) _0 V  ~/ I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。
* B/ ?8 @8 i0 B" @* R
9 Q0 {& \* I7 c8 L. C9 @01、样机介绍

9 D' h  x. k8 ?) [* a4 K/ ]/ p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。
) p1 }  R6 n1 G* T9 g0 s1 L

CR6890H_20V3A 工程样机示意图

CR6890H 芯片
6 T6 ^& ~2 W. C2 M
( |: v# o$ U! ?9 G7 JCR6890H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 y7 G+ B8 ^. t) U. p
! }' S2 r7 |$ t- K$ L# l+ n9 _- p- f特性

3 ]' ?1 F, l- L! p0 g7 e' E较低的启动电流 (大约3μA)
; k; R, E, B& R* F* P
内置软启动减少MOSFET应力
( S% D- _5 c5 D' M% |' s2 |8 n6 B. K
# L4 Q) f5 x* Q0 r, E1 }' m带有Peak_load 升频功能；

CCM+PFM控制模式
  G, E- H7 F7 E4 m( q
内建同步斜坡补偿，消除次谐波震荡
. t; d9 p1 y3 _" ^
0 m; y  A, Z$ e& n  ]7 u  K内建频率抖动功能，降低EMI
6 c& M& b% z/ l3 n+ R0 e, J
内置65kHz开关频率

' q. G. D/ `: ~: O4 [轻载降低工作频率

/ s- S- q; _1 q& G+ A15ms倍频模式
6 L# v4 \" r' J2 n2 }
$ N3 j* j: G( s6 P- Y% K可编程外置过温保护并进入latch

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
0 f/ o. Z. `4 |
内置输出二极管短路保护
- X7 P9 P& F/ w" \7 W
内置过温保护并进入latch
+ ]# m. }9 f& V9 H
过载保护
# s3 M& \: m0 f8 U6 _
" o) n) ]  k5 y+ ~3 B) _9 E6 t) ~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。
5 z) M3 ^% w" M. J" g! H3 S
; E) ]' W4 t; b1 ^& w1 e; V基本应用

AC/DC适配器

电机类适配器

充电器
0 T6 j' n3 K& Q8 h# O
存储设备电源

3 C" O: y; |( N典型应用
8 \. c* b( Q1 P2 q3 m
- O! `( C1 G+ K9 T" H, p$ e$ [

管脚排列
) J+ I0 h: I9 G8 v9 T  ~
& l+ R; A2 X6 ?' j7 s* S5 Z. ]

管脚描述

, t4 C( @. O6 r/ z$ _1 _4 a

' u& U/ s  Y$ @# y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。

/ o9 h; ?  S% k+ \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。
5 x' _3 o) ^- j
8 V- R) `! N4 ]  U- I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

5 Z( @% t: c  F4 w3 Y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 M8 B7 g" q0 P+ b
2.1、输入特性：
  k/ _: D- c; O; L' K

2.2、输出特性(PCB END)：
& b' i+ a' z. A& {

8 |3 j8 s6 d' m1 J; n& j0 E$ I! R
2.3、整机参数：

2.4、保护功能测试：
& C+ W5 `$ m/ d7 }* u$ ^+ B' m( O

2.5、工作环境：
/ F4 o+ r! h6 w! S7 G0 J

2.6、测试仪器：

03、样机结构信息
) k* U" U, `; X0 S$ m
: l% _! C% s6 f6 o, 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。
' u3 w! G0 n6 {2 `- E
3.1、电路原理图及BOM：

3.1.1、原理图：
" y/ @4 Y& P1 H* i

" @2 ?# \* Y; T7 G0 T8 A3.1.2、元器件清单：
& \) Z9 `9 p. t/ h
5 h6 N6 R+ n8 d( R% N  K

" _2 U- A3 j- }. |3.1.3、PCB 布局&布线：
! t% `2 s" ^  t

PCB 顶层布局

PCB 底层布局

' Y5 F" x: U/ E

PCB 底层布线

3.2、变压器绕制工艺：
1 {! D/ O" Z/ T3 u9 }/ w4 p5 N2 N3 J
- r9 F, z: [& m/ I1 W: @$ a3.2.1 电路示意图：
5 d$ h# W4 F) {8 p, N9 {

3 {# ~' x0 y. P! t- H8 |) N3.2.2 、规格参数：

1）骨架：PQ2620 磁芯（5+5PIN）,Ae＝119mm²；
3 f" j; h6 x, }; F2）材质：TDK PC40 或同等材质；
/ c3 N2 m* d7 u, h1 T5 w3）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；
2 v8 }" K" A7 g5 S: [" j5）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）；
  R6 _' p3 |: \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；
9）成品要求:浸凡立水；

9 @! O& x/ @- y6 F1 Q3.2.3、变压器参数:

7 M6 j9 p, e5 O' r% _& @  N9 e/ h3.2.4、变压器结构图：
7 R7 F+ v) j+ D. V. d/ Z

04、性能测评

6 z. f3 B2 ^, L6 G- 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。
. @8 n5 V* O% ?) T
4.1、输入特性：
2 o* D+ q8 M5 w! O6 Q+ f
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

2 \- \8 o9 C* g' t5 ]表2 输出接1.5M 18AWG Cable100%负载下的输入特性

表3 效率测试（1.5M 18AWG Cable）
5 o# _4 I- G4 K1 C" d  Y/ ^: n

) Q& d( ]) e) X表4 效率测试（PCB END）

表5 能效等级评估（1.5M 18AWG Cable）
" H) g$ b. s3 v+ p* c

0 }( \0 L. o" s( ~% v* }4.2、输出特性：
2 h4 u2 R1 q* d, P4 c  h( H* c
4.2.1、线性调整率和负载调整率: （ 1.5M 18AWG Cable ）
; g! y6 h4 p! p- ^3 L: s

) ?0 L  D$ j# v5 v
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。

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

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

4 m% C# \$ V/ e- Q& a: _

R&N @ AC264V/50Hz,No Load

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

6 A- G2 k2 |1 N; n+ f# G4.3、保护功能：
1 b7 `4 p2 a( J1 y
% V0 |5 k7 m: S! @" a以下涉及过流保护、短路保护的测试。

. J4 u: w9 L1 L5 Z% C  d' m7 U4.3.1、过流保护：
9 C4 I* N; F/ T0 X& ^
/ E" ]9 X# Q! ]" n  R7 W9 O' ]( }

4.3.2、短路保护：

功率计电流量程2.0A,开启平均值模式测量。
5 b! K: ^& D) j* P6 e/ O

0 y7 B9 ]8 D- `4 c0 L7 o8 A( A4.3.3、Peak_load 功能测试：
8 H, L# \1 m# x' |- P
& n/ w& ]& \6 Y+ m( W6 h, T5 _  G, m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。
. x) [* e1 h' r0 G. i

AC115V 发波周期12.6mS，Vo 最低15.6V

5 o5 ~6 G% A- j7 _2 ~

AC115V Peak_load 功能升频151.52KHZ

AC230V 发波周期11.2mS，Vo 最低18.2V

9 F" n# X1 V7 ]+ L

AC230V Peak_load 功能升频151.52KHZ

4.4、动态测试：
4 N1 p; t) `1 u1 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)
( B& S  ?/ e$ p* [, e; ^+ M
; }) [2 P5 h7 j! l+ ^

AC90V_5ms

AC90V_10ms

& t" h1 o3 }7 U/ N0 d( t

AC264V_5ms

' T# C) u8 b& B3 a# }, y  j& Y" u

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

8 y8 g5 u6 |' C% W7 R/ l$ g* k+ B

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

6 H, t  d6 p; _. ~) Q4.6、其它重要波形测试：
5 j- l- f) i2 x, U" [6 E: e7 v& r
7 {$ r7 E! C2 V

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

05、温升测试
. g7 r8 D1 y  e, R  H+ A4 J: X
6 q4 s6 n" i, J1 ]. ~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

测试条件：

1 A% C: C; |0 V9 ?) o% q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）
0 j! N# j9 W# l0 t0 }. H6 H

AC115V 传导L 相

AC115V 传导N 相

: i# F0 V( j" Q  }0 n3 w

AC230V 传导L 相

AC230V 传导N 相

) g0 o! `7 ?- w; H1 z! ?

AC115V 辐射

AC230V 辐射