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

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。
; G) _" A8 V/ ?! D
01、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。

CR6890H_20V3A 工程样机示意图

! D/ @+ ~. E  D* c, O4 pCR6890H 芯片

$ s/ n$ k. W+ O$ U6 OCR6890H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。
8 R$ Z$ g  P: T/ r' t# [
特性
6 }- S+ x; s% P; {& E
较低的启动电流 (大约3μA)

: B4 S, p' j; I8 Y- o! x9 D6 H内置软启动减少MOSFET应力

带有Peak_load 升频功能；

& b9 g9 A& y: r% S8 uCCM+PFM控制模式
% J7 d$ a( d( |9 d+ O+ }& M2 z. R
+ U- P3 x2 s+ W  [内建同步斜坡补偿，消除次谐波震荡
9 i9 [; i/ w' |, ^6 k) w, |& f
8 u# o. H9 J, G内建频率抖动功能，降低EMI
# {  \& _# _9 k0 ?1 H6 O  I
内置65kHz开关频率

轻载降低工作频率

  j/ W" |# L9 b; @) U; U3 \! J15ms倍频模式

可编程外置过温保护并进入latch

$ l3 B+ T. I- |- m' W/ HVDD过压保护和输出过压保护功能并进入latch

* i& W4 i. B" A5 l- u内置前沿消隐电路

" Q. W! b  n5 a6 ]2 ]内置输出二极管短路保护

内置过温保护并进入latch

( M  u8 @% W7 t) n9 X& X# \+ Z过载保护

: J9 ]( g7 b$ V6 ~" sSOT23-6L封装

7 C1 H4 D+ A6 ^; I) [! V% i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。
) z( w) m2 }/ M8 D3 R$ `4 ^  {+ |6 C
0 j8 t% [! t! Q6 ~( I. q基本应用
$ {# `) V- \; d( J" T2 a- |+ T
AC/DC适配器
. u+ c: e/ ?, Z. z
电机类适配器

. A# W  n# ^$ z) p& G+ ?充电器

存储设备电源
8 `0 r0 T. {, s/ M# d, ]( |3 O
典型应用
! G$ V% J6 ^- s0 z4 ^( u
. @; ^4 U! I& c1 b/ P% g- k

  n1 K4 r: I9 N; L% q) z$ U1 ]管脚排列

管脚描述
/ C' y* C9 Q+ V- L3 L# U
$ o5 k* I* C4 q7 j7 L& W. J

2 a* {# ]. b- ~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。
- S6 I* k4 {; F) e
2 K$ n2 k+ n/ U% \' l( m* d# x  n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。
& P1 I& g2 o4 W) ?
02、样机特性
4 _* i+ `, G4 F# `
7 S  c- C3 C. c' 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。

( H+ K6 i# s6 o* {& l2.1、输入特性：
% i( s9 f, W& b* [- Z2 @) {

+ v: V3 d9 k. U6 R8 D! |
2.2、输出特性(PCB END)：

: y3 p8 x; f; q6 ]9 y* Y2.3、整机参数：
8 }, {* @0 t3 U7 Y3 X

8 @" L8 v" ^+ @. S. k2.4、保护功能测试：
0 N) [1 ]% A% e" B. M* }- o

2.5、工作环境：

: `+ `, `- o7 c. T
. v" I8 p9 R$ q2 ?2.6、测试仪器：

03、样机结构信息
" l5 o3 H* ]) @' t" L& [
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。

" L0 b& C- r3 q6 \1 |$ a3 v; K3.1、电路原理图及BOM：
/ I8 r' T2 _: \7 `
  h) W6 z6 `9 n1 L. T0 a+ B3.1.1、原理图：
; I- a* v& h; G; k: U
1 `' L, J$ h2 d4 k! p. C% c

3.1.2、元器件清单：

5 }$ W7 Y- F, g0 o3 k

' ~& I# Q9 J* j1 t3.1.3、PCB 布局&布线：

& b5 C2 k+ O1 `9 V' S5 C+ @* S- {

PCB 顶层布局

5 j3 y' n/ N' Z$ E

PCB 底层布局

3 a  h- D/ x' a' @1 _% j# t: Z

PCB 底层布线

3.2、变压器绕制工艺：
# ]. P# T$ Y7 w
3.2.1 电路示意图：
; D# J: y! Y# m, B- G0 o( q

0 b1 M3 i" K$ h" d4 l) ?5 }& b9 ~3.2.2 、规格参数：
: Z# y5 W! x9 F" u- d. f, n$ S
9 `& w; e# m! x8 D% J# V1）骨架：PQ2620 磁芯（5+5PIN）,Ae＝119mm²；
- O; k- p7 o1 e; |# o5 _2）材质：TDK PC40 或同等材质；
5 K) E- ]* G- T) F- b/ U7 _3）初级、反馈: 2UEW 漆包线；次级: 三层绝缘线；
2 K3 L7 K' ?2 Y  f4）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；
, v* \" F' }1 L( Q. r5 ?: }* `
/ b1 y- h, ?: F$ u1 A7 F% F3.2.3、变压器参数:
  x0 o. R$ o& V" c7 o+ ^
1 W/ C7 f4 W  u* J% p6 Q

3.2.4、变压器结构图：
  a. O0 f! V* N/ T+ [! j

04、性能测评

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。
! J7 v* }1 m1 H
, T$ X! ~- ]- Y: j6 r- `3 d8 q4.1、输入特性：
5 x( S0 J2 `, 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。
7 D2 y& D' f$ x4 S9 N3 x
表1 待机功耗
/ h! S( L7 b  q/ k

5 d! O8 {; S, \  R! |1 ?! w表2 输出接1.5M 18AWG Cable100%负载下的输入特性
. m9 c& g. c, h

表3 效率测试（1.5M 18AWG Cable）

( G& n" \% v/ m9 T' {2 R表4 效率测试（PCB END）
4 ^6 p1 j  a# `% z- r: `5 V$ W7 q

表5 能效等级评估（1.5M 18AWG Cable）
& K5 u2 J5 ?7 ~  H( d9 O0 b

4.2、输出特性：
$ v6 C, F! T1 E% C2 I
4.2.1、线性调整率和负载调整率: （ 1.5M 18AWG Cable ）
0 ?) j, P% N, l& i# E% e

4.2.2、输出电压纹波：
  V  O3 d. k4 t5 V4 i
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。
4 P8 A8 K( m/ J
. d: D' I5 Q9 n

0 F% b. A$ Z7 z( q% p& ?7 {

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

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

R&N @ AC264V/50Hz,No Load

9 {  h/ ^, B+ Z7 |3 Z( v

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

4.3、保护功能：
. W" L& p3 R+ f2 o8 \2 F3 K* s- h! @
以下涉及过流保护、短路保护的测试。

4.3.1、过流保护：
3 W$ L/ Z: w& X/ m5 d! |) _
9 P9 {% D) E2 J$ F6 N3 U7 r* M1 p& f

4.3.2、短路保护：
0 {/ u0 M; b& `* r" i
, e- i& @' W% p功率计电流量程2.0A,开启平均值模式测量。
& K, R0 Q% c9 F

4.3.3、Peak_load 功能测试：

0 r) t6 e2 @  Q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

AC230V Peak_load 功能升频151.52KHZ

4.4、动态测试：
; ^, i7 j5 a( ?5 o
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)
1 e- E4 M4 a4 m6 _" r& _
# n6 c9 g9 w: H* z1 V% h* b  U

AC90V_5ms

AC90V_10ms

AC264V_5ms

+ a2 z2 F/ o6 W- p. t! a4 ]

AC264V_10ms

4.5、系统延时时间测试：
3 I1 x% S( D. S5 g9 a& B2 N

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：
3 G; V) H& O2 U- j: P
- j' ~, `" [/ A% i

AC90/60Hz，100% Load CS 波形

$ }2 U& E& M4 x) Z

AC230/50Hz，100% Load Gate 波形

, J) j: z5 P  p9 H+ A7 M- L) ^0 |

AC264/50Hz，100% Load 输出肖特基波形

AC264/50Hz，100% Load MOS-D 端波形

4 Y! d0 a; L/ F1 u8 z% }8 N4 X3 v) p05、温升测试

测试条件：带外壳在40℃环温下长时间带载3A 老化。
# c1 B1 d+ x* Q* W4 }

% Q% D, F1 G0 T3 @. M06、EMI 评估测试

3 q: N( \1 s0 h1 ^& k3 _测试条件：
, v  W1 k. \' A: N) f% \8 G4 v
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）
( {! f: |& M  W# K  _# L! p
  {5 |, w! f& L9 u

AC115V 传导L 相

AC115V 传导N 相

# z5 {; l( v7 i7 C$ P+ F8 ]2 G

AC230V 传导L 相

/ {3 S$ p7 t" R7 m! x

AC230V 传导N 相

: W3 ^* [7 k$ p1 W

AC115V 辐射

AC230V 辐射