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

) D2 a5 j9 Y( ~8 i# F
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
( `. [7 N5 l% w; Q+ c9 _
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。

5 [: T: }; l9 {9 ?2 C( V! Y1 A1 ]9 ?5 m

CR6890H_20V3A 工程样机示意图

+ S, B5 q: y. Z+ T  [! d3 n- @4 T( ?CR6890H 芯片

8 q. y" C2 d6 o8 p+ Z% _; {  ACR6890H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
( q2 o$ S0 w% i4 F! w4 j
较低的启动电流 (大约3μA)
9 p. g% a; x- X) T
内置软启动减少MOSFET应力
+ P$ @; _$ i2 q/ B( }( ^
带有Peak_load 升频功能；

. Z# D  y" i7 w; {; e$ `) k  MCCM+PFM控制模式

" ^9 B0 z( F3 R6 C& J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
: W. U+ |1 F  |$ E6 v: K: |
4 [) o* m* F. |, k  x! t2 v内置65kHz开关频率

& V( N1 k2 }: @; z& y& l0 l* q轻载降低工作频率

15ms倍频模式
" V  s' r7 }8 a2 H
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
, z- e2 p. `8 Z! k8 p( x2 L& A( a
+ s: ]0 x2 t: A3 W0 L内置前沿消隐电路
8 l* f/ c) u/ C
( s$ w6 _) a" o! N2 Q3 o, A; n8 }内置输出二极管短路保护

内置过温保护并进入latch

过载保护
% O/ [9 ]. B. Y" |* F
& k1 p( |; w' D5 p3 I; VSOT23-6L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。
& @3 a' |: G6 U, c0 ~, a; ^/ Y3 P; ]
$ O) }! v5 U5 k6 E( ]6 E基本应用
% y/ j2 h  R; a0 d$ S* S( L8 _# c
! M7 o% ?. u5 {9 b0 O6 U4 S' BAC/DC适配器
6 {, t0 s0 y# j$ g$ [0 Y8 a2 Z' N
电机类适配器

充电器
" X7 N5 C' V2 V, Q: a7 }% ^3 U
4 T% F" a  y. B& t存储设备电源

典型应用
# r9 u4 I' N1 R& K+ O* m; k
1 t3 |% y' f7 q9 _& _

7 K2 t- }# I# F+ C+ H: B管脚排列
* ?# E8 E! B5 U. _& T5 L
  K1 F- P8 c* O, U1 M) T" v

管脚描述

7 R! b5 }+ D) A/ e5 D- W: M' {" c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。
+ d# v7 b- N3 J% D
$ D2 a' m( ]1 S$ s; E! o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。
; V# v) ~  |8 C4 @+ U! j  V1 g
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。
; t+ O( M& Z# B" `. W
' S7 [' e, X7 E9 e. c. M02、样机特性
: U8 K. n* v- z. N2 n; y
$ H% G8 J  K4 b4 V- M  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。
( K) l% Q( C. i! I+ W. Y4 v
2.1、输入特性：
, ?4 L- i- w$ n  Q* H

: g- ^1 f5 ~" |# I+ l% ?2.2、输出特性(PCB END)：

+ l1 V( m- X; W
2.3、整机参数：
" K. S% h( g# K, I% A

2.4、保护功能测试：

' t& K* e7 x3 `( O: F2.5、工作环境：

$ g9 B8 S6 R4 N3 V3 f* n
2.6、测试仪器：
) j6 {! A1 w: Q  f% x7 ?' o# d; y" A

03、样机结构信息

0 n9 f! \1 D# V/ s) p# o* [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。

# Q: H  S1 r4 e3 k: f/ B- D2 G3.1、电路原理图及BOM：
' j& G" @3 u3 E, B" N, [# j+ t
# `2 a9 M; y' b3.1.1、原理图：

+ X' u) W1 A8 W2 C

3.1.2、元器件清单：
" s! W2 H; S0 D, y- f6 J+ s

3.1.3、PCB 布局&布线：
7 X5 ~, {$ g' p! K4 R( h8 R1 c

PCB 顶层布局

# @5 u8 r( m. [% @2 e7 a5 m) u5 y

PCB 底层布局

PCB 底层布线

3.2、变压器绕制工艺：
1 R# \1 W6 s9 n
, a& G4 s- E6 n- I) u3.2.1 电路示意图：
9 o3 J' [& o; s) M% `2 D

9 o8 ^8 t$ ^" f# z: y3.2.2 、规格参数：
; e9 a9 `; {' }; W. v7 }' F! U9 \
4 I- b* {% |3 u! B0 K2 E9 ?1）骨架：PQ2620 磁芯（5+5PIN）,Ae＝119mm²；
: s) X4 u7 D! [5 L2）材质：TDK PC40 或同等材质；
! |8 O) k* T! g  E* X3）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；
  O( S/ ]0 J/ ]$ L: E: W2 c5）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）)；
# S# @4 s5 d4 K$ s( e8）耐压测试= 3.3KV 5mA 1Min；
9）成品要求:浸凡立水；

; P7 d( ]# j$ R+ m6 ^3.2.3、变压器参数:

3.2.4、变压器结构图：
  f4 J) ?$ ~9 s  J2 _

* \7 R7 k: d5 K7 J04、性能测评
* h# i  m6 u! i
* S' e* g& F  \9 \, Z1 T' s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。
6 x( @/ k6 u2 G4 W: l
8 u! b9 s* N) n9 P& m8 X4.1、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。
" Y! A8 y% H/ F# G7 x& M$ e+ e( ^  v
表1 待机功耗

; p" d0 T; D2 Y6 y- s# D6 S  i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）
: @( u- Z5 r, p$ P

表4 效率测试（PCB END）
9 z, H$ w1 D( X) h* w

表5 能效等级评估（1.5M 18AWG Cable）

4.2、输出特性：
4 q: s  h0 l& M3 f  R( \2 z
& ^- v4 D/ r% m2 h$ O4.2.1、线性调整率和负载调整率: （ 1.5M 18AWG Cable ）

4.2.2、输出电压纹波：
; b% Q! B6 a8 [% u; F
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。

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

" ]8 M; h" }8 P0 Y# A" `

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

& U- V3 ^4 H: A! C% x

R&N @ AC264V/50Hz,No Load

) d, p, b% v8 ?) y( {  T& d) `

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：

. p+ G/ U# \3 \" ?8 H3 K4.3.2、短路保护：

4 y+ H6 G, M( q9 q2 z功率计电流量程2.0A,开启平均值模式测量。

; ^: Q4 t0 f  l5 Z4.3.3、Peak_load 功能测试：
! I: g) f  p: c9 D( T
' v3 {$ l3 Y' p# s+ D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。

( k1 G* A- S2 m6 O  A4 c

AC115V 发波周期12.6mS，Vo 最低15.6V

AC115V Peak_load 功能升频151.52KHZ

4 Y: S0 q8 K* W$ I& B

AC230V 发波周期11.2mS，Vo 最低18.2V

, q9 n) \% K) f: ]: ~* g- V8 r

AC230V Peak_load 功能升频151.52KHZ

" q. m, A# ~5 i8 x' z: `1 D4.4、动态测试：
7 b0 q/ v; ^4 X6 S
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)

6 c" Y, q6 {5 H, u+ ?& ^1 L' C) |

AC90V_5ms

AC90V_10ms

AC264V_5ms

AC264V_10ms

4.5、系统延时时间测试：

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

/ O& P( C5 p- ^7 `2 P/ Q; d* s

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

, y6 p: B, Q$ f

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

  [" H$ W. v" I4 z6 R' ?1 s

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

4.6、其它重要波形测试：
* u- O  O8 V# E0 Z( L8 M

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

AC264/50Hz，100% Load MOS-D 端波形

" n7 c3 h8 E( O2 K; ?05、温升测试

. A0 G( [! f  [. t4 D测试条件：带外壳在40℃环温下长时间带载3A 老化。
0 N/ N2 H. r& F2 N% t0 @
0 q8 K. X* n0 m* b& ~6 y: ^

06、EMI 评估测试
' W% q% ~1 G8 t. i4 u& }
测试条件：

! c$ e" h6 @: W; @4 s" i输入：AC115V/230V；水泥电阻阻值6.67Ω，带线1.5M 18AWG 测试；
( S# Q/ }5 F0 Q限值标准参考：EN55013、EN55022B。（测试结果仅供参考）
5 p) w, n( o' Z, S9 \* s
( o8 c* Q! D9 `( J

AC115V 传导L 相

* S) x) A2 Q7 \

AC115V 传导N 相

AC230V 传导L 相

! ?  b8 L8 C( n7 N$ E4 Q

AC230V 传导N 相

3 C8 }' d+ E* f! B2 F6 K+ `

AC115V 辐射

AC230V 辐射