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

5 p: F6 g" d: C/ ]( T9 r
( T! Q, z, C4 R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。
+ c$ m" i. P4 Z+ b2 n
01、样机介绍
5 X5 c9 L7 F4 j. d, O* ~* 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。

CR6890H_20V3A 工程样机示意图

CR6890H 芯片
6 @( v7 I' \1 \1 A
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。

: e9 w& J* @* X0 H' a0 A( R* A特性

7 u- x3 m) C; |& E; A  y较低的启动电流 (大约3μA)
  `. @6 h7 f, Q) n/ n; I, F( y% j. E3 L
内置软启动减少MOSFET应力

带有Peak_load 升频功能；

CCM+PFM控制模式

; x/ @  P- ?7 E' b. m7 Z$ W- v内建同步斜坡补偿，消除次谐波震荡

4 W2 [' n4 f& w; d1 K. h9 E: p2 W& K; h. m内建频率抖动功能，降低EMI
/ g7 i& y7 h  x
. i* a1 v2 ?  W0 N1 Y0 w5 W内置65kHz开关频率

轻载降低工作频率

2 n/ o5 y! s, _15ms倍频模式
1 ]6 {* B. b4 N, Y, s$ m& g: d: P! J
% _0 K1 E, o! d" o可编程外置过温保护并进入latch
' I9 v- v# ~8 w
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

内置输出二极管短路保护

! X& j6 d' z& j& Y& |9 v9 R内置过温保护并进入latch
9 K: L, {- t/ ]. m: a4 t! E
过载保护

9 b  N! ^5 k  \% V5 MSOT23-6L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。
. b: `9 Q8 F& f+ z
基本应用
- _4 }4 K+ w* H/ }
AC/DC适配器

: v0 C" m7 S. ~; |6 ^* V3 N2 f" Z: M电机类适配器
$ }8 B$ G2 J5 W# Y; q( f8 j
1 H. a# x8 F- h. K" o充电器

2 N8 M6 ]# q9 M! o% R1 }* w! J存储设备电源
$ }4 y# g- b- Q8 F- V
典型应用
& z' \7 v/ m# Q9 q5 d" \
0 @& v+ X% C3 X, m" K: v/ ~

管脚排列
1 m7 z4 W1 h$ W( {- m4 j: ?* k
5 r; T$ S0 K: a1 n, V

管脚描述
& v. R9 y/ @+ X  M

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。

: |$ S5 X1 [2 Z+ 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。

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。

02、样机特性
& s5 J. e) c2 D2 ?/ f6 C
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。
9 \& ~* X8 H% v' }* ?8 x
2.1、输入特性：

9 R) X; I- O4 t* O* k) k2.2、输出特性(PCB END)：
6 H4 h7 }: a- R

; i& W8 l2 i, G2.3、整机参数：

2.4、保护功能测试：
3 F) p% Q) e/ n$ [2 y; y" W4 h+ o

, C( j- a# ~6 b0 J2.5、工作环境：
/ _! m! U2 w# G8 |) ]

! A/ G% f/ j: x- W8 ], ]3 K
2.6、测试仪器：

03、样机结构信息
. n2 t  v& M, S4 r3 u$ f$ p
: E/ [0 j  Z) m! d4 v' a& I0 P2 r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。

8 ^8 U$ I" U* w3.1、电路原理图及BOM：
. _# \. b% n3 Z
" [' W: N4 p& J4 d3.1.1、原理图：
/ t" K5 L% p$ F( M" S
$ u/ O$ I7 g, |5 m7 b

3.1.2、元器件清单：
- M+ m6 q1 D1 _  T
8 O4 F+ w6 J( _

3.1.3、PCB 布局&布线：
, ]1 s6 ?  E' O  K+ x

PCB 顶层布局

6 x, q4 x1 Z/ y1 M" U' R

PCB 底层布局

: Z2 p& Y# G" H/ E) ~

PCB 底层布线

3.2、变压器绕制工艺：

3.2.1 电路示意图：

3 x$ G9 [; d, U: y+ ?) d3 E4 _. A3.2.2 、规格参数：
6 I8 `1 h( G7 o& L
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；
) P$ Q9 s7 Y3 |' J5）绝缘胶带:3M900 或同等材质；
4 S, }2 x8 Y5 G  C6）初级绕组感量Lp：0.6mH±5%（测试条件：0.3V，10kHz）；
6 \/ B4 R9 f* s! t+ H+ m7）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；
1 Q1 Z! U: ~& ], ?9）成品要求:浸凡立水；

3.2.3、变压器参数:

8 ?2 u4 ^' o  ?3.2.4、变压器结构图：

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。

- b0 F0 J6 \  @* T' t6 ]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
5 `- }, u* N' b1 s" A9 @) A

3 D) R5 o: o5 O表2 输出接1.5M 18AWG Cable100%负载下的输入特性

) o$ }' W, p/ c: C: p表3 效率测试（1.5M 18AWG Cable）
6 ?# Y( y' d1 S+ }6 U1 J

表4 效率测试（PCB END）
+ h& U: W6 ?3 `0 M; n( Y

6 V" S1 f! _. ~/ f+ S4 J表5 能效等级评估（1.5M 18AWG Cable）

( \/ n/ B" ?+ p# N( n1 U7 ]% M7 O+ ?4.2、输出特性：

4.2.1、线性调整率和负载调整率: （ 1.5M 18AWG Cable ）
  B5 N' k% A( i9 _1 `

4.2.2、输出电压纹波：

8 r! U1 S8 v+ q8 J. ?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。

, @9 Y* ~3 P9 K1 I3 ^

4 y' r3 q* o6 e

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

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

; O/ f$ }- W9 Z

R&N @ AC264V/50Hz,No Load

0 E) ]$ p. p/ F! j* U/ Q

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：
8 g% J& J2 }8 Z5 T' d8 W. O8 p
$ {/ {1 B8 a9 S: r2 v$ H0 V0 T$ }

' H4 K( t/ [) v; I8 G" U. ]4.3.2、短路保护：

功率计电流量程2.0A,开启平均值模式测量。

4.3.3、Peak_load 功能测试：
- B: r, N# d4 ^6 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。

; o  n  j. F- Y, u$ p7 {

AC115V 发波周期12.6mS，Vo 最低15.6V

AC115V Peak_load 功能升频151.52KHZ

4 d0 o8 h) H! c1 j6 ^; F$ R! h" ~

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：

$ A8 R( f6 w* O: j1 V9 h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

AC264V_5ms

AC264V_10ms

4.5、系统延时时间测试：

: J. k+ q1 |3 P% b( D. b4 I) N

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

' z6 p3 F' e% j! b

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

4.6、其它重要波形测试：

AC90/60Hz，100% Load CS 波形

2 j8 Q9 F0 \) T; x, x+ M

AC230/50Hz，100% Load Gate 波形

# @* H( G0 q: J

AC264/50Hz，100% Load 输出肖特基波形

AC264/50Hz，100% Load MOS-D 端波形

: m$ Q1 D$ O/ M( d05、温升测试
2 J' n: i9 f3 @3 f* o7 n
8 k# U0 o+ k/ s9 P3 {) Z$ V& I/ S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
% ~1 f5 J, o7 s( v
% L! b6 ~# z$ J) @' o. P3 x( k测试条件：

输入：AC115V/230V；水泥电阻阻值6.67Ω，带线1.5M 18AWG 测试；
* K  I/ p7 c; a( ]限值标准参考：EN55013、EN55022B。（测试结果仅供参考）

$ M$ z4 R% R7 q: R

AC115V 传导L 相

AC115V 传导N 相

AC230V 传导L 相

AC230V 传导N 相

AC115V 辐射

AC230V 辐射