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

" ]7 \& @9 w0 r- z
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。

! @8 }6 N. r+ H0 m01、样机介绍

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。
% [+ f  H% b& R$ y4 K
7 z# \3 j' }5 k: Y: P1 `

CR6890H_20V3A 工程样机示意图

+ z# d( w0 t3 C* [) u) [CR6890H 芯片

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。

特性

" a8 `( @1 O7 Y. o2 L较低的启动电流 (大约3μA)
& P% h4 `. W7 X; G  t) p1 }
内置软启动减少MOSFET应力

) h; I& Z4 z0 D# W带有Peak_load 升频功能；
% }5 L( `* V9 h4 z' C/ C8 O+ I
, h( v4 j4 @1 k! U1 p* c$ FCCM+PFM控制模式
1 e1 d8 l, ]& W: N$ v
1 r- j8 F1 V) ]% s3 Z, @5 K内建同步斜坡补偿，消除次谐波震荡
( y3 J7 T2 n* ]3 m& U3 k) U& i7 R
% \; z! _: q! S9 G+ ~内建频率抖动功能，降低EMI

内置65kHz开关频率

) ^2 x1 `0 V" C9 k轻载降低工作频率
# h) {5 E$ p1 v/ T0 K$ G- \
15ms倍频模式
: f$ D$ R, d! e1 N* Y8 P2 N
可编程外置过温保护并进入latch
9 _6 b  Q- U( j) w; m9 J
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
" v( O, s$ Q) |2 L
; ^$ ?" |8 }: x4 H; r内置输出二极管短路保护
8 U( C$ T; p' {: q# l& J% {
内置过温保护并进入latch
4 Y3 b; `% G3 Z" ^! Y8 a$ K" E
过载保护
6 t3 c  Z# A' T+ x. ?7 z
SOT23-6L封装
, t; [' M0 x8 A: ]& Z' a
; X. a; ^& c% T5 m; S) X: }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。
) ~3 w. G( I1 E/ [" Z- @: \: ^
3 C+ J* s+ r% Z' ^基本应用
2 ~7 H+ g4 G, h0 `, d( t
! Z3 y$ _9 f- l+ z0 @AC/DC适配器
8 `% {" L8 r; c
电机类适配器
# Q5 d5 H$ Q2 a% v0 U% a2 v$ T
充电器
2 X* E2 _& Z7 q) E! S0 A
- s, o# L3 F2 o$ _+ A存储设备电源
, u4 n7 \- d  ~! X9 S2 a% Z
: J) }9 T- x/ k  o典型应用
* v% z+ {' R5 y  f# k
3 Z$ P" s- e8 \: L, {5 g

$ @' k. C* v$ J2 b6 W" J管脚排列

" T) e* D+ ~9 t( ^( R0 P: \

管脚描述

8 w: p/ g  G* R3 I1 ?/ w5 H

7 N! P# F$ A: J8 n6 P1 z* T. s5 d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。
$ }  n4 a4 a* K: i4 C  H+ {# z
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。
! C: m$ S" I* u* u2 J: p; T
# t8 L* X! l1 M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。
( `5 t- O" ]; C/ ^
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。
: ]6 p2 T. r3 ~; F6 F
( M$ z4 B( l2 @9 B. Z9 E5 s2.1、输入特性：
- m) m4 {1 _- I" O

' I2 [# _2 B4 t7 _
; Q9 e, Q, H; i2.2、输出特性(PCB END)：

% Q) C: }8 V6 h# h! r+ |+ G
8 M% c7 D2 ~, y& V8 g2.3、整机参数：
& l$ \1 q! E. A4 f, r  Q0 ^- A

7 E8 N, f* V3 H" Q2 I, U2.4、保护功能测试：

3 }. p, f# g  N; h3 f) f& k2.5、工作环境：

0 z! J5 U! ]5 A' Z- j2.6、测试仪器：

03、样机结构信息

, `' o* w3 q: @4 A. W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。

3.1、电路原理图及BOM：
6 d+ y! {6 f9 F! @+ Z
, H- m; g$ J/ z& T" X, N$ j3.1.1、原理图：
& R* k5 _2 N0 R
$ O6 c  k+ o1 \( A! I) U

3.1.2、元器件清单：

" y) _2 h6 }, C3.1.3、PCB 布局&布线：
+ p5 K: Y( o0 b- P3 `, B

PCB 顶层布局

PCB 底层布局

PCB 底层布线

3.2、变压器绕制工艺：

. }' Z5 X0 F- a. D3.2.1 电路示意图：
0 j2 i  D7 F- f

3.2.2 、规格参数：

+ m3 j) i/ f' F$ x2 W/ J" N% t7 l1）骨架：PQ2620 磁芯（5+5PIN）,Ae＝119mm²；
1 h. p% |$ p; [2）材质：TDK PC40 或同等材质；
3 P* P: @  [3 M; E4 L" y. J# B9 a3）初级、反馈: 2UEW 漆包线；次级: 三层绝缘线；
$ }* M& M' ], z$ C8 ~8 }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；
9）成品要求:浸凡立水；
/ O" S/ W+ O+ u  }" N
# j' v" y4 y% S2 o3.2.3、变压器参数:
; c7 ~& t& v# P* v! Z
% V+ @; `4 ~# s7 b9 J' u4 G

3.2.4、变压器结构图：
2 Q# ?; G* T8 {, z9 a. ~

04、性能测评
* z% s% \* O+ ^4 n0 n* q6 v, t
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。
: j5 l1 S+ Z$ ~, U- J
4.1、输入特性：
4 I9 Z" D6 y! i2 k8 H! H
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。
" K: h, h# r$ y6 ^% R; C
( A  \* m, N0 G4 U, s1 a% X3 A1 f# I- D) r表1 待机功耗

7 D8 J' \- [3 T表2 输出接1.5M 18AWG Cable100%负载下的输入特性

2 B* c4 }$ b+ x, y表3 效率测试（1.5M 18AWG Cable）

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# |) k7 B1 ~: S4.2.1、线性调整率和负载调整率: （ 1.5M 18AWG Cable ）
3 c* X1 f; Z* O# y. B

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。
  s9 h2 M1 E6 L; Z/ m+ A: c

9 K8 ~% I( W) x% `

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

; B0 [8 V0 U% j( y

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

) T+ `( a# \- R; J2 m

R&N @ AC264V/50Hz,No Load

( p( \; ]: \, L( I

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

4.3、保护功能：
, `7 F# s3 n6 j  o% z
以下涉及过流保护、短路保护的测试。

4.3.1、过流保护：

5 n% g8 Y! u4 }( c1 W% {% f$ {! ?2 `! Y4.3.2、短路保护：

功率计电流量程2.0A,开启平均值模式测量。

8 [, F- y* K) G# ~1 u# l4.3.3、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。
! ]+ O6 {4 F; K* r

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

/ ?) L2 p' B$ y5 |7 u

AC230V Peak_load 功能升频151.52KHZ

4.4、动态测试：
" l0 e4 x+ I/ w# H2 l' c
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)
# S. ^% ?6 Z6 W) B
$ d0 a  `1 k* c8 g0 R6 p+ F

AC90V_5ms

AC90V_10ms

AC264V_5ms

AC264V_10ms

! C- I  `( u8 P, S7 e5 S4.5、系统延时时间测试：

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

" C$ @0 b2 [$ b& A3 l! F

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

8 @% y* r! ]- U6 Y5 u

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

; b6 l2 G6 a# N1 r$ r: O% L

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

4.6、其它重要波形测试：

& ?# c, \1 b. s, S5 Z

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

5 G" Q4 w! k+ l/ p* n3 c

AC264/50Hz，100% Load MOS-D 端波形

- ]% u; U4 O' e; ?) b05、温升测试

- ~/ n1 c" \( `" P: {4 B! ~: a4 ~测试条件：带外壳在40℃环温下长时间带载3A 老化。

; l% }" t1 T! F1 `1 b% w+ B9 u- |; J

06、EMI 评估测试
3 j2 f4 x5 h" m  T% S- W- R
测试条件：

( h, F; x# P6 ^/ W# Y7 `+ k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）

+ e. Z1 o9 O" h% C

AC115V 传导L 相

AC115V 传导N 相

+ A; V# m+ e+ ]! e7 P' a4 C

AC230V 传导L 相

AC230V 传导N 相

AC115V 辐射

AC230V 辐射