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。
7 i6 g& B4 m! a# \) t0 H" q
01、样机介绍
$ Q5 f  ~# R+ h. p3 G7 M& s5 Q
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。
9 N% l0 U5 B$ Y

CR6890H_20V3A 工程样机示意图

$ V# B9 I( \* v1 N- i2 t; KCR6890H 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。

( o- |' e: B/ A. I特性
& @7 V" G% n+ l$ [) T9 A" Z
7 K8 W, x$ K0 T0 x/ @$ S6 F较低的启动电流 (大约3μA)
% d+ l0 Y3 S+ O& o8 J% {# Y
0 z$ L: a2 a0 ~" o) K0 K内置软启动减少MOSFET应力
. W9 p/ y  d8 J) T* _7 |
1 U( u' \2 F  M& x* P带有Peak_load 升频功能；

CCM+PFM控制模式

内建同步斜坡补偿，消除次谐波震荡

% _" U& r( I) i/ `内建频率抖动功能，降低EMI

内置65kHz开关频率
9 w; E/ ~  o) ~3 _/ V: b# c
( D# {- O3 e' }: E轻载降低工作频率
# x! [& ^5 `+ \3 H
15ms倍频模式
( @. `) a4 f* d7 Y
可编程外置过温保护并进入latch

0 i# ~4 {0 v, L5 F1 v1 i* j$ bVDD过压保护和输出过压保护功能并进入latch

5 G) x2 \- G1 ~" i内置前沿消隐电路
1 g: t, ^9 L- |: `. J! k7 D
' j; ~7 u4 g* l内置输出二极管短路保护
0 l7 u( C6 a; h9 u1 {) b
, G4 }( I% R& n内置过温保护并进入latch
  B& W$ b8 m) N, ^) l
过载保护
6 C& |; o' ~' J( @
9 Z$ |4 ]: n) ~0 k& YSOT23-6L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。
- |1 t: f$ Z+ i0 [' [
基本应用

$ {, M. }( Q; o* iAC/DC适配器
! D; E$ d6 c  d4 n. X+ L: ]
/ J% ^* c6 D8 p+ l1 g# T电机类适配器

0 V9 e: J6 h* D/ X+ X4 _3 ?% p  A" I  B充电器

- j' l" \9 v9 ]3 N' x% @+ P存储设备电源
  f- C3 N( S( P/ k' r7 A
3 i# `& ?0 U- Q, j2 r7 z& [典型应用
7 t: q5 \& |8 I1 v, ^
/ T- x) f$ c0 B4 o1 A

管脚排列

管脚描述

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。
: T. m) o5 X8 }+ a& U4 X, Q
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。
; W! @' l1 u, x3 N  S) Z
; G4 g( s1 }* i& V7 b; e& r: E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。
0 d- r+ C: q, z4 U" _! X# ~, Q
02、样机特性
. S0 Y1 ^7 ^) I9 z+ m' F
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。

- G- ?7 W" [. Z) U7 E2.1、输入特性：

2.2、输出特性(PCB END)：
" T$ h( v6 y' I# m2 e& p5 X7 ^

2.3、整机参数：

) X8 ]4 S# g; M5 `0 K2.4、保护功能测试：

) F$ b6 `! a2 B5 P0 m2.5、工作环境：

& F+ i. n$ \4 n# V2.6、测试仪器：

03、样机结构信息
  }0 C$ |. ]1 O+ F& ~. x# H
6 ^+ m5 b9 d# ]2 m6 x# j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。
, F- a( s5 C- r0 N) p; p
# P! S+ D/ g3 o8 P9 s3.1、电路原理图及BOM：
2 y/ }/ h. t: _- u
3.1.1、原理图：
. I4 k1 u# k5 y' `; n! ?# U; _

3.1.2、元器件清单：

9 ]  H" ]* o: j( y3.1.3、PCB 布局&布线：

PCB 顶层布局

PCB 底层布局

PCB 底层布线

3.2、变压器绕制工艺：

3.2.1 电路示意图：
5 C7 L8 b3 c/ S) |- g1 _: X

3.2.2 、规格参数：
9 S% d9 r' F4 e
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；
0 H3 M5 }! G3 Z8 _: o5）绝缘胶带:3M900 或同等材质；
1 M# J8 b# V5 s/ Y9 I- o6）初级绕组感量Lp：0.6mH±5%（测试条件：0.3V，10kHz）；
; S  s1 o, @+ @- h7）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）)；
7 [3 n( h5 @3 S" r" C' `( a. e8）耐压测试= 3.3KV 5mA 1Min；
, L8 u( Y8 S0 J9）成品要求:浸凡立水；

8 k. f; W: q% m3.2.3、变压器参数:

& O3 h1 Q- |6 F3 D" y7 {

: r; U! }3 I2 G3 o  l; s3.2.4、变压器结构图：
* a1 J& f; {' k( ?* D7 E

* U' Z1 `% ~# d+ D7 i* q% q04、性能测评
! h0 v; a( e. W0 Q
  n: ~5 ?& z9 I9 a$ U% M  J- @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。
) _; B/ |0 g! K% o( W
4.1、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。

表1 待机功耗
7 v/ d& {5 ?" d& P

1 W9 \$ H. B9 [( n* y# C  z( h6 }表2 输出接1.5M 18AWG Cable100%负载下的输入特性
( w4 F. r( k' {+ z3 r1 K4 ?1 t1 s

' d/ d/ n/ t" n; R  w表3 效率测试（1.5M 18AWG Cable）

" `3 w: s& S, k4 I" {表4 效率测试（PCB END）
8 n" }3 B5 l8 q0 ?6 }

  d; C( A4 {" t& l2 \, ~表5 能效等级评估（1.5M 18AWG Cable）
, w% z6 |2 u9 e! H, m

2 d0 d0 Q# Z# E; n0 |4.2、输出特性：

" e+ _# L) z- d4 N# J6 O- P4.2.1、线性调整率和负载调整率: （ 1.5M 18AWG Cable ）

" M: w" T0 r4 t% ^0 t9 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。

0 N/ s+ b6 ~- g% @) d

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

: `  e) S; {9 K/ l: f: h* K

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

9 `! b8 h: U+ c& Z2 {! c$ h: q9 [

R&N @ AC264V/50Hz,No Load

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

2 I( t# y! W7 ~0 h, V: Z+ x4.3、保护功能：

& E; L. |$ a0 ~8 ]% f6 c以下涉及过流保护、短路保护的测试。

0 u. v% u- y& l4 Z4.3.1、过流保护：
7 D7 s8 U, D6 z2 r* i3 P2 F6 D: N

0 B7 ]* p$ }  B  Q3 g4.3.2、短路保护：
$ a5 k& e. J& f) E2 w
, f# Y! i: Z7 g( s功率计电流量程2.0A,开启平均值模式测量。
2 X# e; c9 D! i' p& ~' c) P
+ T, `4 J( k8 C, b

6 M  u" Q% V: Y( l4.3.3、Peak_load 功能测试：
! O8 E( M/ d$ T8 h7 @
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。

3 K! Y6 g4 A8 P5 v. E. M

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

* p" U; p  K) m" B  ~3 ?4.4、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)

AC90V_5ms

AC90V_10ms

& Y, @& I; |& K6 F) V

AC264V_5ms

AC264V_10ms

6 i9 {% B7 S6 a. g4.5、系统延时时间测试：
6 o6 e" R; o  L, k

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

1 e5 ]8 c- H+ I& o5 H* Z2 T5 s

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

" v. }. |, [" W

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

" ^+ u7 ?; L. M( Q9 k

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

4.6、其它重要波形测试：
' {+ h2 P' S$ O% R$ |+ c

AC90/60Hz，100% Load CS 波形

AC230/50Hz，100% Load Gate 波形

' |. p/ t7 m3 G6 U

AC264/50Hz，100% Load 输出肖特基波形

AC264/50Hz，100% Load MOS-D 端波形

3 ~% J) c6 {" I) s- c05、温升测试
6 J# Z$ e. X( n
测试条件：带外壳在40℃环温下长时间带载3A 老化。

06、EMI 评估测试
' M0 ?+ S, K9 t6 v: d) N
测试条件：
, w3 |+ m  F) u# L
输入：AC115V/230V；水泥电阻阻值6.67Ω，带线1.5M 18AWG 测试；
4 L& _8 P. i: ~$ R& Y8 ~* z+ Q3 I限值标准参考：EN55013、EN55022B。（测试结果仅供参考）

/ O# _* M' \9 i$ M) U& E

AC115V 传导L 相

AC115V 传导N 相

AC230V 传导L 相

1 @, y  C; |7 H& D& g" G* V- w

AC230V 传导N 相

AC115V 辐射

& E' o1 Y! K- w$ D; Y" B

AC230V 辐射