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

5 Y1 ~7 ~* M' f0 S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。
, W( N5 J6 l8 N
: z0 c2 v8 ]4 e5 r9 w8 u9 [9 G01、样机介绍

1 v' l. {" c1 D0 y: z* 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。

& \1 u3 I& A$ ~) T

CR6890H_20V3A 工程样机示意图

5 M; \+ I  ^6 {  a4 z% XCR6890H 芯片
" ~! b& _" _; `" c3 `( Y
8 h" w2 w. f# H% f" W5 Z) bCR6890H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。
) d" o/ x0 s% Y$ T
特性
( H/ k2 ^4 q6 Z2 B+ `. e! e
较低的启动电流 (大约3μA)

/ p2 k) i' x- \- t# u# a% v2 y内置软启动减少MOSFET应力

4 a/ d4 l# L# f' O' Y带有Peak_load 升频功能；

CCM+PFM控制模式
  o7 h1 z; B; |5 \/ }& \9 r
7 `- @7 @7 G8 v+ n5 o内建同步斜坡补偿，消除次谐波震荡
- U5 ?$ x. [  W3 C# A; I
+ b8 ]/ w+ r: w- G: _+ x: P$ k4 ]! T  }内建频率抖动功能，降低EMI

内置65kHz开关频率

, @8 V: u* n# Y# v+ `轻载降低工作频率

9 S1 {- b; A  u8 K- G% ], c! m15ms倍频模式
* Z$ y4 ~) @+ P' K
6 O1 C- @6 K: [3 j9 N6 R( x可编程外置过温保护并进入latch
+ c+ f5 a$ u/ g8 ~& _7 W
( r6 v9 W4 ~0 y) v9 h+ b+ iVDD过压保护和输出过压保护功能并进入latch

3 |3 v. e* d5 T9 C: `& ^) f内置前沿消隐电路
! I0 p% }+ T' Q8 s- b) r0 I' U
  s( q. Q& ^9 F! x/ q- X内置输出二极管短路保护
& _7 h' r+ }1 Z$ O0 _2 Q9 q8 u% q
, H# p1 w) V, l/ t' j$ m3 D4 M内置过温保护并进入latch

过载保护
  b) }( m) Y+ I- q
. N. f1 @6 h9 \SOT23-6L封装
8 [& s5 K) z9 A8 ~2 L& y) l* Y& B
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。

1 Q7 V* {( \3 F, S7 P/ C$ y  g基本应用

AC/DC适配器

电机类适配器

# J0 S; @0 x. `, y* ^% S& I' e充电器

" B3 Q" w- G+ p  O存储设备电源
) j& {4 ~6 T+ @% @, e. o
2 r7 t$ j; f- v* t; F1 J典型应用

* i* Q3 Y6 W1 ~2 y

( W* D& o9 Z7 [1 k0 q, q管脚排列

管脚描述

. x9 d# B3 [) K

% B" c3 m, d* \2 J9 V* V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。

/ D9 h! t  r9 q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。
$ N4 i& v4 ?* p4 g) E2 ^
( q3 ^' ^$ v4 x( l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。
3 ~" E; a; Y" Z3 j2 N9 @
02、样机特性
/ {9 A; P1 a: Q- Z! R4 G# v
3 _$ R+ Z2 U7 g2 Q" x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. a  m$ N7 X* B
5 r1 r' ?0 G' B$ w. `2.1、输入特性：

) i6 }" |8 g4 C$ z' S6 m
2.2、输出特性(PCB END)：
8 J# ~8 Q) {) S, z$ _

2.3、整机参数：

2.4、保护功能测试：

$ p# k+ W; f  G2.5、工作环境：
4 B- a. ~' j. l* j

# ~6 i4 \7 b# O$ S# y/ U& k2.6、测试仪器：
. e" J0 Q0 \: H- D

03、样机结构信息
* i# _! D# U0 P& Q0 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。
" {8 a' G, @2 X& R- V- s
3.1、电路原理图及BOM：

3.1.1、原理图：
1 e% D  |' b+ J7 X1 w6 o

3.1.2、元器件清单：
- t5 l- x5 @# a) |- \, N
) W0 l1 U& }0 {! e+ K4 I

2 a$ U# |5 b: M3 g, w3.1.3、PCB 布局&布线：

PCB 顶层布局

- x% T) L% W. B" o) a1 ]" g( Q9 N

PCB 底层布局

7 W# ?3 ?+ z1 M+ M4 G

PCB 底层布线

3.2、变压器绕制工艺：
: m  ]  F5 v* M1 v( Z
3.2.1 电路示意图：

3.2.2 、规格参数：
' p2 j; o4 I* {! J! P
1 s7 \, @* j' i. ]& n* x+ k# e) Y1）骨架：PQ2620 磁芯（5+5PIN）,Ae＝119mm²；
4 @# i6 E& i/ b9 a3 G4 A! }7 Q2）材质：TDK PC40 或同等材质；
9 |4 @/ s4 `7 G8 g5 S; J: K3）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）；
" g3 [2 Y8 g, r* T0 q; I7）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；

3.2.3、变压器参数:
7 Y9 k4 |5 H5 n) h6 f+ D
/ e7 b, M& E5 B- `; y

/ e' i8 x" W& r5 d+ l. {3.2.4、变压器结构图：
7 ~# V2 w, I8 _! J# R

9 U$ w2 }2 t9 q04、性能测评
6 ]6 O1 y6 i! k# C* e( Q- Y
0 ^' `# ]; y' i/ N6 S9 I$ N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。
$ o; i# A1 f& }; p
4.1、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。

表1 待机功耗
2 A9 l; B- c1 e* ^) z

# v( m, r( `7 l& E( q' p" l表2 输出接1.5M 18AWG Cable100%负载下的输入特性

$ a% A/ T) H/ B# K& a0 N* A- _表3 效率测试（1.5M 18AWG Cable）
+ r; ~3 {- G( }3 O

表4 效率测试（PCB END）
4 Z% V+ |/ K4 W4 F6 D  a7 B( H5 q) A

表5 能效等级评估（1.5M 18AWG Cable）

4.2、输出特性：
9 d( h4 o3 F- R) V- e$ R
, M/ }- u) }" t# \) N4 |% X2 J, A4.2.1、线性调整率和负载调整率: （ 1.5M 18AWG Cable ）
" \! a2 I4 b8 v4 H! \

9 L& T$ P( P' h
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。
% q  A. d0 p" ]; K6 i2 z
3 n) s7 |  R; T* e

+ x$ E$ g7 T- g5 p

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：
# R# p2 E3 I/ w
以下涉及过流保护、短路保护的测试。

4.3.1、过流保护：

8 X1 S# l: y" r3 Z4 ^1 i

2 M7 l5 Z# D% J, Y- }: M% K4.3.2、短路保护：
  g  f/ S. k. u( i2 s0 ]! E2 R
# d3 v4 P% n" s8 Q: ~7 X- l功率计电流量程2.0A,开启平均值模式测量。

/ V0 {. [4 P4 z: u, R4 P

4.3.3、Peak_load 功能测试：
2 h4 P# f$ Y- G; t* o' L# _
0 _6 t5 J4 a2 o* x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。

, u6 U' L6 ?' _" f7 W

AC115V 发波周期12.6mS，Vo 最低15.6V

AC115V Peak_load 功能升频151.52KHZ

9 |# B' w4 G' j( L" a) m" H

AC230V 发波周期11.2mS，Vo 最低18.2V

AC230V Peak_load 功能升频151.52KHZ

3 v& Z( s3 K& u2 u6 t8 B3 l4.4、动态测试：
* w( v/ N4 ^1 T
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)
5 _  |3 @$ C) K  z

AC90V_5ms

AC90V_10ms

AC264V_5ms

7 \  V; X" U$ ~% J% \

AC264V_10ms

4 U; b& w8 P; q: L4.5、系统延时时间测试：

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：
! b. y! D8 I! b0 W% u7 h
8 B1 G* `) @  K+ [" ]/ {2 a% _8 [

AC90/60Hz，100% Load CS 波形

+ U$ L+ `( l- e, v9 i9 }

AC230/50Hz，100% Load Gate 波形

AC264/50Hz，100% Load 输出肖特基波形

. ]& m& r3 |& Y3 M- @1 v, M1 g0 c

AC264/50Hz，100% Load MOS-D 端波形

05、温升测试
/ s0 E; b* I0 m  v1 P! ]
* b# o6 l& I7 y) j, T1 F: F测试条件：带外壳在40℃环温下长时间带载3A 老化。

% V1 K6 s, M' l

06、EMI 评估测试

测试条件：

2 I# a" G/ @' }5 ^输入：AC115V/230V；水泥电阻阻值6.67Ω，带线1.5M 18AWG 测试；
* D- _2 I, i2 n& p8 a. s5 ~  ]7 E限值标准参考：EN55013、EN55022B。（测试结果仅供参考）
1 C% `- B5 a/ a& z& m+ h

AC115V 传导L 相

+ a9 q4 ^9 T- @. `/ q# G

AC115V 传导N 相

9 C: t2 R1 h  `, Z; q! G+ S* }

AC230V 传导L 相

* K! F$ z9 n* J) a% W

AC230V 传导N 相

# z9 C+ f: D+ b# n7 z9 s. q$ u

AC115V 辐射

* j  \, s0 N0 M8 t; ~0 l

AC230V 辐射