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

* S/ v/ S" z) ~( _5 |
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。
3 j- c0 l. f- h! [
01、样机介绍
$ z$ m9 q3 T, z7 [& M. e  e- m  O
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。
" M1 ]1 q6 ^  {% I! f4 s4 \

CR6890H_20V3A 工程样机示意图

9 y% Z: h$ h0 j9 b6 [$ O4 QCR6890H 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# M4 t3 H# b# [0 l6 U特性

% Z" K' ^8 u2 b8 z4 x8 A较低的启动电流 (大约3μA)
; f/ X; c& z' w* z
5 {5 N# K( R! B! c内置软启动减少MOSFET应力
6 f; y! R; @  i4 D7 z- o8 T
带有Peak_load 升频功能；
* B, O. ]( y  Q( T& p. s; h
CCM+PFM控制模式

* `2 h# n5 I, |- J9 `, u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
9 L( A4 m5 D. t7 ]) i
9 p. W1 d" v! k$ W" n) C+ ^& x内置65kHz开关频率

轻载降低工作频率
$ O5 w5 l* c1 j+ U8 `
15ms倍频模式
; f# \  T& P" O& a  v' X1 J# @( c
可编程外置过温保护并进入latch
- c9 F2 A' n1 P& B
7 e* K9 @- O" b% OVDD过压保护和输出过压保护功能并进入latch
1 P5 R5 m! ~  _8 q% X! E, J9 e  F
内置前沿消隐电路
( X: c( ~% T( e. @; I/ D; @
0 Q! W, d1 O/ S& ]0 g内置输出二极管短路保护

) y4 F7 h3 ^2 Z/ s6 V内置过温保护并进入latch

1 s4 r5 ]/ ]7 K+ n+ v4 X过载保护

SOT23-6L封装
; X/ T# r6 H9 {: b! J3 z( f) B
" m; D2 c$ g% O5 z( s- 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。
1 c' ^  h9 `0 o6 Z. y
( C& B- ]0 e2 h0 X基本应用

AC/DC适配器
/ ]* j4 |% ]5 j$ Q5 `1 U( y
' K4 |7 B1 O$ e; K4 _; s: k电机类适配器

! [( A/ N" B3 W& f4 @5 }充电器
" r5 u2 P/ _9 c8 {/ o, ~$ p
存储设备电源
. z5 a; V7 P6 ?) d4 Y* D
典型应用
# B$ x: k! L2 H! `$ v& D

管脚排列

管脚描述
. w+ y+ ^3 Y, W* Z* T+ w  }$ ~$ e

5 I/ n; a+ p; P* E( {; a! 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。

2 f- O/ D2 V8 W1 u& F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。
7 F2 w2 F& [2 C8 q0 M6 X
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。
; q1 M. Y! T1 o6 U( n4 i
02、样机特性
, Q6 W. X" c4 r/ I8 T3 i) z; H, ^
2 ^8 n3 o0 P4 w7 d& V' N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：
3 V6 k0 S4 R7 \. h8 Q3 M; s

1 N7 O3 h  q9 Q& Z* T2.2、输出特性(PCB END)：
2 ]; l5 T$ P  N8 C

  p2 `& q  R7 a1 N! M2.3、整机参数：

( y2 T% F1 j0 g, s, p( a4 f2.4、保护功能测试：

, N6 D: T5 [; `8 i9 _2 x2.5、工作环境：
! L3 n* R0 n# Y9 y" @8 t

2.6、测试仪器：

03、样机结构信息

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。
7 ^! ], f8 U9 B* _  a; G- G
3.1、电路原理图及BOM：

+ @& g6 p) T4 q! a: t3.1.1、原理图：
9 t! H) ?; F' M
6 M! W& ^1 T  \( \, c2 j

3.1.2、元器件清单：
0 x$ R7 Y$ j! y- [* g

( Z: C& B0 x7 c2 Z3.1.3、PCB 布局&布线：

6 Y7 h) r- `* t$ g+ l2 i* R

PCB 顶层布局

; d5 m, A2 V  j' Q+ I  [

PCB 底层布局

PCB 底层布线

3.2、变压器绕制工艺：

/ N; T7 P' c6 w3.2.1 电路示意图：
, q0 w! S0 |6 @* _2 z

+ D/ J+ _$ T4 w6 M  w5 }( A3.2.2 、规格参数：
5 @: Z1 T9 V: R& r  k( S' 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；
# \/ ]  n; Q$ `4 Z; }6 P, E5）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）)；
$ n0 {; H3 I2 Q4 u; ?( q8 ^5 t8 C: m# A8）耐压测试= 3.3KV 5mA 1Min；
9）成品要求:浸凡立水；

3.2.3、变压器参数:

  M0 X/ r; f& p% w1 f  S6 z5 w$ g3.2.4、变压器结构图：
: ]$ i8 F* z, q9 o& _5 d3 Q* y

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。

4.1、输入特性：
5 D7 `# \/ N$ E# _$ e- k6 l3 [
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 j% @/ {: D" u& L2 H5 ?
5 p) M, c2 V# Z3 m; `' a# l3 d6 B% j表1 待机功耗

表2 输出接1.5M 18AWG Cable100%负载下的输入特性
  q3 q+ a. E  |

6 W% J6 G# Z3 A% z& s& }表3 效率测试（1.5M 18AWG Cable）

2 R" X( F7 C4 s) K' h; H表4 效率测试（PCB END）

( f" ]( O5 \: L2 V( v- `* d3 c" i% f表5 能效等级评估（1.5M 18AWG Cable）
3 g" ^  u# q, j/ y

4.2、输出特性：

4.2.1、线性调整率和负载调整率: （ 1.5M 18AWG Cable ）

$ M: m$ O* W9 e  T/ G: t8 e! k: q* E
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。

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

* u7 K" e+ M' M* \5 p) {

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

) S8 `+ o. x5 w- y% s+ W* K. l

R&N @ AC264V/50Hz,No Load

" w3 w. g/ d- |/ t

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

: J: z$ l4 b: l4 l, d" y4 D4.3、保护功能：

& Q8 ]% g( L; A, I( N, G- S0 A以下涉及过流保护、短路保护的测试。

4.3.1、过流保护：
' C% O( D) ?+ y

4.3.2、短路保护：

. T1 ^& P" a$ x* g; W% @功率计电流量程2.0A,开启平均值模式测量。
* T. \% [& f+ K

6 W$ r6 x5 R) C4.3.3、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。
4 A6 [" Y; }$ ?, C( E( F! i
, t$ H5 @5 o8 A  m, v& s- \# V

AC115V 发波周期12.6mS，Vo 最低15.6V

8 X* `* T" h, M! z# ^

AC115V Peak_load 功能升频151.52KHZ

4 E& ?2 z5 Q" I+ Z

AC230V 发波周期11.2mS，Vo 最低18.2V

2 F# q$ T3 d/ z6 E0 H* T: n( u+ p

AC230V Peak_load 功能升频151.52KHZ

8 W& o/ ?, B8 }. G! M4.4、动态测试：
; w4 w! O5 ^1 L# V" I+ r
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)
# \0 v: l2 @1 D/ p( N
+ O& G! U5 p& ]" c( I7 p9 |8 N

AC90V_5ms

AC90V_10ms

AC264V_5ms

/ o( q- Z4 @# a  E+ H0 F

AC264V_10ms

4.5、系统延时时间测试：

8 H0 ^* {( o2 }* N- B  O1 N; u

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：

AC90/60Hz，100% Load CS 波形

: q7 e4 ^! J  J  ]+ u5 _

AC230/50Hz，100% Load Gate 波形

AC264/50Hz，100% Load 输出肖特基波形

. c8 b( O/ R& f+ ]3 r1 }$ E

AC264/50Hz，100% Load MOS-D 端波形

05、温升测试
! G1 _( r9 J3 N
测试条件：带外壳在40℃环温下长时间带载3A 老化。

+ \/ |+ O3 F/ C& e3 w, ^& `

- S- k) T1 N% Y/ \5 n06、EMI 评估测试

测试条件：

输入：AC115V/230V；水泥电阻阻值6.67Ω，带线1.5M 18AWG 测试；
: _0 P; `0 R! @+ V+ D6 u限值标准参考：EN55013、EN55022B。（测试结果仅供参考）
6 j1 l4 h! }! M4 S$ c5 F2 W) K

AC115V 传导L 相

& I1 Q2 Z9 ]# h9 }2 ^' G1 M

AC115V 传导N 相

& |) h' r: X+ X* d

AC230V 传导L 相

) f9 t! @: {! e0 n) S) X. v

AC230V 传导N 相

0 i' W; Q  _( m3 g

AC115V 辐射

AC230V 辐射