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

- p  S1 Y* a7 d0 p. G: d+ {( J  R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。

01、样机介绍

0 u% \. a3 ~" r& S& \# ?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。
- h# P" l+ k. q- m

CR6890H_20V3A 工程样机示意图

CR6890H 芯片
% d7 T, v8 o2 R+ @! u, Q5 b" G" f2 g
CR6890H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。

0 ]% l3 H* C8 O  u- |3 [( P特性
4 @9 G0 v. n" H  z
较低的启动电流 (大约3μA)
5 ~# N* C7 r( \/ l( r
9 p$ e$ f/ J: f. G7 ]内置软启动减少MOSFET应力
( Y; V+ f4 ?7 F* F+ a/ T
带有Peak_load 升频功能；
7 e* O( k4 z; N. K) }
CCM+PFM控制模式
9 j( y% W  B! d0 o5 G
内建同步斜坡补偿，消除次谐波震荡

内建频率抖动功能，降低EMI

1 O2 E$ b2 f$ ^) e+ n- g内置65kHz开关频率

轻载降低工作频率

0 `/ F& C! [# X: w2 x0 M& t( N9 A15ms倍频模式

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
5 {. d# }5 B" z! Z* X# D) b
内置输出二极管短路保护

9 f" X! _& \# j) e7 n内置过温保护并进入latch
1 }5 M7 O; @) K8 D. x
过载保护
- `8 k/ ]% j& _* s8 \2 {: I! D
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。
7 Z2 U4 K; j- C! H
0 P7 D6 h- m7 A" P9 ^基本应用
8 E# Z  s6 k. `
4 [$ e6 M- s/ \5 d/ j3 jAC/DC适配器

电机类适配器

充电器
4 w" z! _+ A. j, t
存储设备电源

3 Q7 f& }. I. \  B+ g* d! e典型应用

# G5 |1 z+ w8 e) S* H. I+ I/ o

管脚排列

$ V6 X$ O2 z8 }& U% S$ G( L' ?

管脚描述
6 [' s! D2 o8 a! h( g" i

4 |2 Y, Q: s# E: g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。

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。

02、样机特性
. f8 R$ U8 X5 w0 t( t1 [9 u
/ W7 V0 I/ l& o2 r3 K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。
; S" L/ r! b9 X/ y
2.1、输入特性：
. t( X9 f2 X- k6 r# Y0 E$ K- _! p

2.2、输出特性(PCB END)：
5 q6 j; a9 s: r3 D' r2 a

0 S0 O0 A4 T: U8 A+ s$ F
2.3、整机参数：
- p: c, j& g& R) N9 u0 b# ]

8 g  s( y5 \6 J; k5 E1 Q( C% E2.4、保护功能测试：

2.5、工作环境：

3 Q  c7 a2 O! q" C
9 W, l) A" @" q8 e/ R# Y! U0 ^2.6、测试仪器：
5 R3 _; A- E0 R  S" d

03、样机结构信息
  T2 T! n# _: M- d0 q# c! t& m
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。
/ e0 c- d/ s1 P4 C+ Y. [" e( L, B
3.1、电路原理图及BOM：
! }/ I; P: `2 I" n8 h' i' m' w
3.1.1、原理图：
- h+ t! t1 L5 o
6 v1 K' ]6 W/ D. X  S% a7 K

3.1.2、元器件清单：

& R6 a5 K/ {8 i3 _; a: l8 P3.1.3、PCB 布局&布线：

PCB 顶层布局

PCB 底层布局

* s% }* H3 L4 }4 S) O! n

PCB 底层布线

3.2、变压器绕制工艺：

3.2.1 电路示意图：

2 H; }3 a/ h8 W: ]3.2.2 、规格参数：

1）骨架：PQ2620 磁芯（5+5PIN）,Ae＝119mm²；
6 d2 G0 u9 n3 j$ Z2）材质：TDK PC40 或同等材质；
3）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；
& U2 u1 \( e. g( W% ^5）绝缘胶带:3M900 或同等材质；
9 C  L6 T" [  g4 G( [8 D: L. `8 w6）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；
9）成品要求:浸凡立水；

9 W; s+ v3 m; \3.2.3、变压器参数:

6 k: E2 ]. E' r$ u& }  C3 O$ s

# u: o7 s  f$ N! G. U2 D4 A8 `% r* }3.2.4、变压器结构图：

04、性能测评

! q. X' n* ]9 S; B; f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。

4.1、输入特性：

9 b! P( t7 j. D" ?/ D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。
0 F& q" a7 w. K3 U: m& r3 ]
8 X: z8 S  v1 J! s9 F) x表1 待机功耗
4 l; x+ U; V4 M% y, T9 ~" E

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）
4 |7 j& S: N  T9 f+ ^4 J* i

; _- }# _" R: f" w表4 效率测试（PCB END）

表5 能效等级评估（1.5M 18AWG Cable）
# c  V* L9 T& E( }/ ~+ A4 W2 U

) D% g. I4 I) V0 W4.2、输出特性：
, _! G2 B* l6 h3 w" v9 t
# J5 w/ P6 R$ o, D* a4.2.1、线性调整率和负载调整率: （ 1.5M 18AWG Cable ）
- X1 t' t1 `8 x7 i" q0 m" @( Y

" d- V2 U: d; a6 v4.2.2、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。
; z+ r7 O  }0 p) Q2 d3 D" a

; C( s! z+ O7 _& N

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

5 e: _7 Q6 m/ H5 G8 u$ P6 D0 S

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

( z! y  @; m: B) e$ P8 B/ d

R&N @ AC264V/50Hz,No Load

4 y; B2 W6 t/ v$ p

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

4.3、保护功能：

以下涉及过流保护、短路保护的测试。

4.3.1、过流保护：
( a# t7 n8 H7 n2 n+ e' e
1 k0 U3 ]) _- _

9 l/ d% p6 R5 v/ @' T4.3.2、短路保护：
$ S  X$ I6 j; N: l
4 X! i& q8 ], B; @3 U; M( ?7 z功率计电流量程2.0A,开启平均值模式测量。
$ t) `3 Q) x- x6 _- w. J
! S5 Z. ?1 ~/ q1 N* ?

4.3.3、Peak_load 功能测试：

* x% F0 _- y3 z- d1 s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。

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

( ]6 _1 t) U0 d/ H" U

AC230V Peak_load 功能升频151.52KHZ

: K$ i7 r3 q9 Z# Q% Q5 Y. c7 R4.4、动态测试：

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)
9 D2 D. o! ?( A, |
( X. _6 b# V! B

AC90V_5ms

AC90V_10ms

AC264V_5ms

# _- N8 @4 Z8 v* K

AC264V_10ms

4.5、系统延时时间测试：
; @8 c, y, R- s; ^
- U9 a8 C, f) M2 d

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

9 |% p& g, G6 z4.6、其它重要波形测试：

# E1 q2 C# H& [# e7 Y/ X

AC90/60Hz，100% Load CS 波形

AC230/50Hz，100% Load Gate 波形

/ {# i8 r5 ?, e. `3 M3 ]

AC264/50Hz，100% Load 输出肖特基波形

) ?+ b( Z" J  b' c

AC264/50Hz，100% Load MOS-D 端波形

0 k  _  l  z7 z3 y7 S0 t5 u1 x05、温升测试
1 y' }, Q- U, r* x& U
测试条件：带外壳在40℃环温下长时间带载3A 老化。
& j4 x0 C" t8 V2 }; i# t
1 W+ |7 \7 a! n, n7 _% L: m

06、EMI 评估测试

8 K# S: w% K. O2 |- w. |测试条件：
. b9 }/ [/ N; y* F' Y
# \( a) E6 c- M5 H2 N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）

% x& z& g& x5 x

AC115V 传导L 相

+ |6 L6 ~3 ~0 {# M( |, W

AC115V 传导N 相

AC230V 传导L 相

' `! X% I+ \1 @  f! W- F

AC230V 传导N 相

" r( ?$ c  ]- q8 i* f

AC115V 辐射

: l. c0 H6 r, e9 d

AC230V 辐射