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

. l5 t, \0 h5 r" P" l  \
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。
% o( N( ~4 l8 P1 H4 p! }
01、样机介绍
; M& ~+ q7 e) B. i
/ j& v# R! U! L1 e- X& c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

& Z; P3 \, }, J( b# i  gCR6890H 芯片

6 Y% i: c  G# d8 q) nCR6890H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。
: Y" X5 f6 L# r! K, `7 b$ r7 e
特性

较低的启动电流 (大约3μA)
0 r8 D/ P4 W& b
' }% t2 w( }- A8 \( {/ D6 a; ?内置软启动减少MOSFET应力

带有Peak_load 升频功能；
. P5 W4 P+ b/ d- O4 u6 Z6 G3 l
CCM+PFM控制模式

内建同步斜坡补偿，消除次谐波震荡
/ B( M& Z3 m7 V4 S5 b
内建频率抖动功能，降低EMI

) N! T* o) t7 [; e内置65kHz开关频率

轻载降低工作频率

15ms倍频模式
5 T0 \* }, E/ \  V7 G7 p* _
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
! _+ a- `( i  ]0 r, Y" }
9 t# `  X8 B( Q3 C; i. V内置前沿消隐电路
: X: o; r7 ]5 ~1 J- ?1 D- l
) S9 U6 g8 c  P7 B" v$ H) L# e1 _' V内置输出二极管短路保护
& E- \$ _3 i& R% U% R. e. V. B
内置过温保护并进入latch
. f- Z8 f  [& v
$ ?. Z% {# v- M. j3 l& j过载保护

SOT23-6L封装
2 Q: [8 n% a+ L- \! c2 g
1 d0 s+ p* G& ?2 H0 f4 H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

AC/DC适配器
  G" K$ U; z0 K1 C6 F* q/ d
电机类适配器
+ V# Q6 Z+ p& S: ^& ~; x  \
充电器

  h+ A2 O0 d7 W9 z存储设备电源

. g2 E* s$ `  h# |% {  V5 {典型应用
' Y% L8 Y5 A0 m# L6 F  C, G# L
' t$ F5 s) W$ j5 ~

管脚排列

管脚描述
* C$ B; S9 ^  M) F& j# D  ^* @; t2 ~
: S/ @( M/ T; g6 u3 @! y" w

" |! v' G9 X# N% j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。

  c5 }5 W  O- ~9 f: {) ^; @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。

. U4 L: E4 g/ Y; k4 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。

02、样机特性
4 D, O9 Y; I: k# l
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：
; |9 I) ?, o8 Q: f

/ D4 I8 G7 O% L2.2、输出特性(PCB END)：

2.3、整机参数：
' ^; o, ]. F* p, U; l& C

+ {4 U+ N& X" Z/ d. }/ p$ {* d" l4 }2.4、保护功能测试：
* j7 h9 j: m" Q. m5 L5 s' P

2.5、工作环境：
9 C- ~% t" Y2 T, \% P

9 C2 Q. T% a; p# V7 j2 _
& r. ?$ c# l) ~9 m0 M0 O/ J2.6、测试仪器：

03、样机结构信息

  T( E$ e3 z' c! V, m. H! S7 J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。

# h& \1 t" [$ K- F5 |; O. I3.1、电路原理图及BOM：

3.1.1、原理图：
& w6 i2 I" q/ s4 {+ P/ A

3.1.2、元器件清单：

$ G( P& g, B! S7 M2 c9 b  {

; F. ]5 c# y" T8 E' d; a3.1.3、PCB 布局&布线：

) j4 t' _/ b/ U* O

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 H/ \( x" }  Y/ ~6 J- P
3.2.1 电路示意图：

3.2.2 、规格参数：

' J1 y- p  `" t1）骨架：PQ2620 磁芯（5+5PIN）,Ae＝119mm²；
. F2 M/ h7 n& B" \2）材质：TDK PC40 或同等材质；
8 l! s" n0 M6 b3）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）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；
, f+ s# F5 {) R6 r' D* F9）成品要求:浸凡立水；
4 Y, }8 u& q, ]3 l& l
3.2.3、变压器参数:

0 H# Z$ G) D* O5 j  F+ r' R+ E2 Y3.2.4、变压器结构图：
+ m3 H: J; s5 _3 k. w& l

04、性能测评

* k8 F& O8 V$ H+ r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。

- Q; L+ l; Q- ~4.1、输入特性：
9 T! e4 W# N) Z" |
% f: T) D8 x  c) l9 v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。
4 @' N" j6 I  }
6 |( o  K6 G9 r( S( x! O9 ?% m8 I. d5 L( y$ P表1 待机功耗
  W0 m- w5 j, k) Y- P: g

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）
2 M. O4 t9 |; J. X

表4 效率测试（PCB END）

表5 能效等级评估（1.5M 18AWG Cable）

4.2、输出特性：

& j) M4 W4 e" o* t9 A4.2.1、线性调整率和负载调整率: （ 1.5M 18AWG Cable ）
4 X$ {9 _, M9 O% x5 S

4 x) o" h% q% b
4.2.2、输出电压纹波：

3 f* a0 a8 ]2 T- d) {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。
- l9 J: R/ ^$ A% m4 I
  q- u+ i4 b  S) G) k4 T

  l+ F8 c  S( [# U- g( q7 X

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

! E( D$ T/ ?+ k1 R$ t2 A

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

4 M/ i1 z( @% k$ d/ m* u) l) _6 x! a

R&N @ AC264V/50Hz,No Load

* n9 V! C' ?# ^! {

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

: a7 ?4 Y( G/ M* w; X4.3、保护功能：

以下涉及过流保护、短路保护的测试。

! r: Z% h  y% p* A$ ]4.3.1、过流保护：

0 p5 m  ]  E: d) Q! F  T( r

4.3.2、短路保护：
4 z1 k+ f; {( `% {
- P  T( L: m+ p7 W) [9 P功率计电流量程2.0A,开启平均值模式测量。
+ n1 q) [* u: u  Q0 P$ `. T

9 o2 W' V6 |- k( q8 U9 @4.3.3、Peak_load 功能测试：
5 O5 @! N: J6 n" J$ z, K  Y
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。

; `0 \% d0 X& `1 y. V9 F6 Q( l3 Q

AC115V 发波周期12.6mS，Vo 最低15.6V

AC115V Peak_load 功能升频151.52KHZ

AC230V 发波周期11.2mS，Vo 最低18.2V

AC230V Peak_load 功能升频151.52KHZ

+ j5 S0 f6 c: J7 a! v& Q3 f' K4.4、动态测试：
$ r6 Z) W3 X) m, U7 J
% O2 N- {$ m1 V  L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)
* d: A5 [6 B# T
5 k" A0 `3 m6 l; |

AC90V_5ms

AC90V_10ms

6 j. {$ R8 u$ g7 {5 N3 i

AC264V_5ms

! [) B# ~- e( [0 |0 F: t# l

AC264V_10ms

) \8 B- W6 V' e' B5 Q* G0 P4.5、系统延时时间测试：

/ [0 b# A* K+ u8 X* N0 {

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

; C6 v5 u& _& t( }2 \- {  r

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

4 k1 F+ D% C' d: h7 ^& y

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

7 a& \" e2 D, i. {4.6、其它重要波形测试：
' Y# v1 Q- Q& q4 D+ S& Z# S

AC90/60Hz，100% Load CS 波形

1 d" ?" x( C1 M) O# J

AC230/50Hz，100% Load Gate 波形

% D+ V& ^0 o2 G+ r) r( A( b

AC264/50Hz，100% Load 输出肖特基波形

" g  K* [, |/ {

AC264/50Hz，100% Load MOS-D 端波形

05、温升测试

测试条件：带外壳在40℃环温下长时间带载3A 老化。

9 z: V  T. s7 [% j! q06、EMI 评估测试
, A# s3 V' f: r
测试条件：

( z* U; C* s0 y3 P  B# V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 W  F+ H* |! b% N! n& p; O

AC115V 传导L 相

$ Q2 i! f* v, M. d# R

AC115V 传导N 相

AC230V 传导L 相

AC230V 传导N 相

- \; h9 y- h: T- Y7 \

AC115V 辐射

AC230V 辐射