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。
, `& t7 Y! u- v, [
01、样机介绍
% X7 e; r- j; M' ?7 A5 v8 E
: [$ e2 p* ]: C; k% ]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

! X6 T! b' h. O+ O, bCR6890H 芯片

; f2 e0 B, ^- ?2 o! P% ZCR6890H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。

! |; m) T" M5 v9 M" c; I: X+ ^8 h特性

; w% g! O! |: F4 v1 U较低的启动电流 (大约3μA)

内置软启动减少MOSFET应力
8 G6 Y: `2 u. U
1 w- S% S' u3 {* m+ C1 T7 W带有Peak_load 升频功能；

CCM+PFM控制模式

内建同步斜坡补偿，消除次谐波震荡
! p4 f6 r2 }. c* l, ~
/ m0 f2 p, _5 T5 _% l3 e% d% \. z内建频率抖动功能，降低EMI
. P. ^, J8 V# c+ \' Z$ M
内置65kHz开关频率
4 e2 }: Y8 L  }! w8 ^
轻载降低工作频率
% p5 S, n8 S9 x* y# a
15ms倍频模式

3 `% l( x9 t- {7 E1 Z可编程外置过温保护并进入latch

6 w& P; i6 u4 E% ZVDD过压保护和输出过压保护功能并进入latch

3 ?! p0 [# U" s0 B$ `, U2 T( m内置前沿消隐电路

内置输出二极管短路保护
# A$ L$ t/ U+ s- ?
1 S( M; c" k8 _5 a3 U4 {7 B1 {内置过温保护并进入latch

过载保护

) R  n0 ?- M0 k% WSOT23-6L封装
3 X5 D; y1 {, c! x% R
; T4 f1 l; g% \" d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。

, R: G3 j8 Y% R5 I% J基本应用
: m- j$ \) ]: f1 n# B( }
AC/DC适配器

电机类适配器
& V: @! T# }; O0 s4 Q
充电器

# L% z4 m2 H% h. a存储设备电源
8 X$ N$ r- j9 s6 l$ |: B
典型应用
# T0 ^) c5 E  r- k. T2 ~
/ D) q# K2 Y3 _6 b# H

* q- b: C5 x& `+ {( j2 A) Q/ V6 _+ k" D8 U管脚排列

1 N) b& V2 E" v9 {# B6 j/ b' b$ d

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。
5 f4 s# N2 |- ~# g
0 c1 w( Q: j/ I4 `. s/ }/ C0 x2 ^, r! C0 U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。

4 t9 }! ^  t7 v/ D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。
4 _8 E  \. E8 S1 }
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。
( \% V( u( o) o- q6 V& C* t. \
6 t, ?2 V# g5 R4 R( D2.1、输入特性：
7 Y5 \, x4 f% m6 ?

* L3 Z0 T! D( H2.2、输出特性(PCB END)：
+ m" n5 j* x- J5 G8 v

5 g# r# M  @! s6 y- g3 t2.3、整机参数：
' X$ c8 K6 a/ N. O/ z4 A. u' f7 }

2.4、保护功能测试：

2.5、工作环境：

, T8 U- R0 s# x; `
2.6、测试仪器：

03、样机结构信息

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。

- W; P' R, J( i# D- [3.1、电路原理图及BOM：

3.1.1、原理图：

, y! v5 e; }/ d

( S" r0 _5 o9 N) j( i& I3.1.2、元器件清单：
- I1 S) C# |" z2 x+ S3 u: b

3.1.3、PCB 布局&布线：

5 [( k& f- ^7 w7 }7 L/ ?

PCB 顶层布局

PCB 底层布局

( p" d: ]9 g& Y# S' Q+ }* c

PCB 底层布线

3.2、变压器绕制工艺：

) q& G+ e3 ~% n: o3 t* Y7 a! H% z+ ~3.2.1 电路示意图：

9 S. B6 X, A$ D3.2.2 、规格参数：
1 [$ w( W( ~# ^/ h2 w& |
1）骨架：PQ2620 磁芯（5+5PIN）,Ae＝119mm²；
" g- \/ \% s* }2）材质：TDK PC40 或同等材质；
7 ~6 _! |, ^- x& T3）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；
& P' [& r" m; o: h5）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）；
; Z0 x3 L/ J" ~2 y7）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；
1 Y7 o7 [4 f3 i9）成品要求:浸凡立水；

3.2.3、变压器参数:

9 e4 J% n8 `& |

3.2.4、变压器结构图：

04、性能测评
. P# k5 [$ f  ]. N( L0 N* e
6 @, W7 y$ r0 G" 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。

( z4 s' }" {6 E' V  s4.1、输入特性：
9 w4 E$ X# B& v8 Y! J# o8 [
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。

- m4 e, P' o, `( V- z& Q% Z+ Q表1 待机功耗

表2 输出接1.5M 18AWG Cable100%负载下的输入特性
( G. Y2 m/ j- O2 |: X) @# X3 S

表3 效率测试（1.5M 18AWG Cable）

表4 效率测试（PCB END）
- `, `5 L" y: C9 D) E

  h( Y6 b' u. x( E- N% R/ z表5 能效等级评估（1.5M 18AWG Cable）

4.2、输出特性：
7 Y* c" ]$ P' t
5 I, @( a- U. n+ O" ^4.2.1、线性调整率和负载调整率: （ 1.5M 18AWG Cable ）

4.2.2、输出电压纹波：

3 y5 y( T7 K# ]6 D: P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。
! ^* q0 j) r7 c$ W9 b; Z. w5 @

4 ]. j" Z, t* C

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

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

R&N @ AC264V/50Hz,No Load

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

4.3、保护功能：
& ^$ x7 a, Z2 Y5 [, E7 Z1 M
$ Z; @8 j, t6 D/ H& |* K6 T以下涉及过流保护、短路保护的测试。

2 ]3 l: \6 g2 L; B! ^+ m4.3.1、过流保护：

4.3.2、短路保护：
9 E5 z/ L: g3 r9 q% a* J  _0 g
功率计电流量程2.0A,开启平均值模式测量。

& M" u0 B% L7 r! A$ r. e& y: 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。
6 K$ P8 T/ V" x& W; P$ y
0 H) n- Q& U! C) x4 W! A0 E

AC115V 发波周期12.6mS，Vo 最低15.6V

" E# P- W6 E8 X! b0 i- m/ J( n

AC115V Peak_load 功能升频151.52KHZ

! K3 }' z- e; e& N

AC230V 发波周期11.2mS，Vo 最低18.2V

AC230V Peak_load 功能升频151.52KHZ

3 G: `8 R5 H/ ~% h# X: J# X4.4、动态测试：

+ t7 u: l* W2 l1 g# f/ 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)

/ U, i0 e" I. ~$ a% x6 j

AC90V_5ms

AC90V_10ms

8 G7 \2 k5 O# Q. B# ~8 g

AC264V_5ms

AC264V_10ms

4.5、系统延时时间测试：
8 p# B2 x1 ~- C7 |

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

" H: u9 [( f. h; @& \

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

* R- f* k. Q8 z' ^4.6、其它重要波形测试：

- x4 M* c3 H  S: u& E5 T

AC90/60Hz，100% Load CS 波形

! Q' P5 h& [( K5 f/ P3 V

AC230/50Hz，100% Load Gate 波形

AC264/50Hz，100% Load 输出肖特基波形

8 L: E3 `2 ^) i' @8 C6 m

AC264/50Hz，100% Load MOS-D 端波形

05、温升测试
. M4 G: E: _- Q# O% S+ V, q
6 \7 m( y: L/ B* Z1 z, E% \/ ]" M测试条件：带外壳在40℃环温下长时间带载3A 老化。
, b; j7 z+ {* ~; o; u

/ P5 Q0 p) Q( U06、EMI 评估测试
, H9 m- G! y/ A3 V3 ]3 o
+ D3 p/ x) o- `5 ~测试条件：
! Y, ]7 C; U1 R- s# J& p) \
输入：AC115V/230V；水泥电阻阻值6.67Ω，带线1.5M 18AWG 测试；
" e/ }/ T& _3 v% m+ F7 }& R限值标准参考：EN55013、EN55022B。（测试结果仅供参考）

, {8 m- |, b: y. M5 c

AC115V 传导L 相

AC115V 传导N 相

AC230V 传导L 相

. }! C3 ~7 _. \

AC230V 传导N 相

- c1 l5 b( r! I+ }+ ~, f9 E2 k) O

AC115V 辐射

AC230V 辐射