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

' K& @# s. K. \8 m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。
# n& g( u5 X/ e8 l" Z' z
& L. }2 m, M9 e/ E  ?01、样机介绍

- g/ j+ z" B9 _2 l, X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 h! B0 I# x1 i* W

CR6890H_20V3A 工程样机示意图

CR6890H 芯片
" H. o4 }- Y1 o. g4 I* E$ B( V1 ~
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。
& E& _* m9 a0 i- S. Q
特性
2 O* C# v$ A/ o" q8 c+ h
! u& d* E4 H; e) J' L3 J较低的启动电流 (大约3μA)
% O) M  r! }" Q# x8 _. C
内置软启动减少MOSFET应力

$ b% \5 y' _+ O$ O! V带有Peak_load 升频功能；
# q. ]4 A5 P% S3 Q6 z  k8 \
CCM+PFM控制模式

# S' E8 f6 U- z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

内置65kHz开关频率

轻载降低工作频率

* G" z' T% k, U3 X, P: x( o7 ?15ms倍频模式
  P, h5 ?% \3 [: c
+ O. W% k5 R& Y) m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

9 `) h6 b7 w" {: [: [  {内置前沿消隐电路

内置输出二极管短路保护
& G( k% _# ?: M7 n& L7 o
4 n. _5 @1 }" ~0 N( P' d5 }内置过温保护并进入latch
) D4 y. I8 P3 S2 H. q% p7 v# U
; y  l2 O1 l3 b过载保护

' V5 w2 l; ]3 SSOT23-6L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。
4 z; H2 d/ c" z( Y0 o' l
% q6 R; [; n6 ]2 v- g$ J基本应用

! j  S" e9 }7 c0 OAC/DC适配器
0 @( S, }* u+ t# w4 p& S! G
电机类适配器

: g% o/ R0 [1 h* {! ~' g* g( y充电器

" T: K( }6 I6 f6 _% l6 o  u; Z  [存储设备电源
) [& v$ @) ^$ m0 f. `
8 w) m& g$ y" ^2 D1 f典型应用
# ~2 ~" v" x& e$ Y" E7 o" ~

6 _8 \7 Z- L' ~0 F* ?# C管脚排列

9 O2 W% {  R% ?( N% v8 m" R6 n

管脚描述

: |3 u( C" a8 j3 s2 j/ Q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。
- x9 K3 P0 T/ @
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。

- o1 D: A) j6 N% v9 J# ~% y0 f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。

& J% ?* p# y# g$ o/ H02、样机特性
8 U! B1 M1 ^3 ^% N+ 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。

2.1、输入特性：

) w: d9 M! `5 V$ r8 D9 n
8 N" m  Z1 z7 O4 x5 M( F+ C2.2、输出特性(PCB END)：

9 J- i& k5 I3 |2.3、整机参数：

2.4、保护功能测试：

2.5、工作环境：

  j# J0 i7 R! W7 p4 l2.6、测试仪器：

03、样机结构信息
/ I1 j* x1 |/ v( h
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。
! s' F4 `7 F) r) c
7 L& C( v' ]' f' }1 K6 U3.1、电路原理图及BOM：
7 o6 R# c3 T: x
, g; |+ R" i6 `5 K3.1.1、原理图：
$ u! O, J: J) s/ E# ^8 r
2 u6 h, v! \  p' R

3.1.2、元器件清单：
% H# {' r) e: g3 T% w

3.1.3、PCB 布局&布线：
, a9 g8 l8 u, M" e) ?4 ?

PCB 顶层布局

: s. f8 R1 O4 c1 r/ i

PCB 底层布局

PCB 底层布线

3.2、变压器绕制工艺：
' j5 W8 Q! C) ^# P, V! \! Q5 N
) u6 T+ l; ?. O5 b& o. t" ~7 r7 k3.2.1 电路示意图：
; |; ?* H, c( ^+ f

' M  a/ @- G# c4 h+ n1 v; o: z3.2.2 、规格参数：
7 E# X4 _5 f3 ?$ f9 l% H2 d
1）骨架：PQ2620 磁芯（5+5PIN）,Ae＝119mm²；
2）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；
5）绝缘胶带:3M900 或同等材质；
% k# \8 {8 H* k( z: Q! {  K6 v* N6）初级绕组感量Lp：0.6mH±5%（测试条件：0.3V，10kHz）；
9 k: O% M/ c, \  @* ]3 A  v% e! i! e6 O7）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；
0 b. p- ]$ o( }, m
3.2.3、变压器参数:

3.2.4、变压器结构图：

04、性能测评

) N! C; l4 ]' R3 J3 W" 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。
6 A6 Z2 J. {! R3 `8 j
! a( z4 e8 C2 _" I% C: @5 z4.1、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。
6 C2 \& K  Y' r9 b9 f
表1 待机功耗
, G- q( J3 }( |. F) J

! k" C1 B, L! L$ h' y  I: d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）
0 f  |; F7 u! U

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：
4 c6 n( r- R9 v0 v
4.2.1、线性调整率和负载调整率: （ 1.5M 18AWG Cable ）

, S) ~8 T) Y' f5 y
4.2.2、输出电压纹波：

" k! `, _) v9 `6 v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。

( u6 b& S* [, H# @* x3 O$ C8 {% |

5 N8 N  ?: q2 I, v8 z) \$ O

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

2 h2 ]8 x7 L# r3 N

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

R&N @ AC264V/50Hz,No Load

1 B" M) u$ p6 y/ D- G  }! m& {

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

4.3、保护功能：

2 V# L: @3 J- C/ _以下涉及过流保护、短路保护的测试。

4.3.1、过流保护：

' X1 M7 b' b+ K6 r) d! X

4.3.2、短路保护：

" R3 u" ~( `. K6 h- F7 \+ {9 R6 C功率计电流量程2.0A,开启平均值模式测量。
% E; `3 P9 J. F: P$ T, B' A+ `% P

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。
1 ~+ C9 x. S' C. `; f/ [  y
8 g3 F; d8 I' V' |; R

AC115V 发波周期12.6mS，Vo 最低15.6V

AC115V Peak_load 功能升频151.52KHZ

/ _1 J& h1 Y9 f9 ^8 G- K

AC230V 发波周期11.2mS，Vo 最低18.2V

AC230V Peak_load 功能升频151.52KHZ

* d3 D1 q6 F2 q* c4.4、动态测试：
& z; x- Y7 a" J' ]2 Y
- d8 u. ]. L# i7 k5 O7 u6 x5 c6 J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)

AC90V_5ms

AC90V_10ms

0 J8 p  ]  o$ `% e) J: i. J' f  e

AC264V_5ms

AC264V_10ms

+ A" A4 d4 i1 `) Q) J4.5、系统延时时间测试：
+ J, ^+ j! \8 f9 V

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

7 f0 Z% l4 S8 `" N/ I8 `

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

9 d7 o  q: ~3 u1 O5 P" o& V7 k4.6、其它重要波形测试：

* G: l7 `5 C9 e) P  i# e* J

AC90/60Hz，100% Load CS 波形

' B1 Y0 ?* k  q- o9 _

AC230/50Hz，100% Load Gate 波形

+ m% E3 F- C$ C& m

AC264/50Hz，100% Load 输出肖特基波形

AC264/50Hz，100% Load MOS-D 端波形

$ ^7 Q( Z  [) K5 U2 v  Q05、温升测试
9 A: a, Y& y& t* k7 D% W6 i
测试条件：带外壳在40℃环温下长时间带载3A 老化。

) {, L& s! U2 U$ i7 A( H

. I" _4 b9 V6 l" a06、EMI 评估测试
) ~2 K$ c6 o  r, y; F' i. z
测试条件：

4 i4 x" w% |! q" `5 z3 Y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）

, r2 |' `* H( i) P- }

AC115V 传导L 相

AC115V 传导N 相

# L* |# ^, }" d/ }7 x5 ^8 K! ?% {6 B

AC230V 传导L 相

AC230V 传导N 相

! o/ g/ x% [6 K' S2 @

AC115V 辐射

( U2 z3 \5 I! N: v- Q

AC230V 辐射