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

- f( \0 z" Q- R' T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。

4 V5 H, H: d/ o' }4 n4 b9 D01、样机介绍
1 B% s/ d& X, R' Q$ ]9 z; s
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。
4 U8 n- D; f" B1 f

CR6890H_20V3A 工程样机示意图

4 L" \$ E5 U- |/ f& ^& d9 \CR6890H 芯片
# Q0 @! T+ t; J% k+ e1 Z+ ]: S( @
! ?( L) E7 F/ e$ P/ TCR6890H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: b5 B0 B9 |/ f0 h' c) W
特性

较低的启动电流 (大约3μA)

内置软启动减少MOSFET应力
& [3 P* D) {% X; \+ X& _
带有Peak_load 升频功能；

CCM+PFM控制模式
7 l" A2 [/ K6 @' H
! ?& C4 N! F% l1 j' s8 \内建同步斜坡补偿，消除次谐波震荡

! A8 _! C: f( @2 o6 g# y: I8 R- }2 T( c内建频率抖动功能，降低EMI

( H2 v  i5 E# q. R% C& o内置65kHz开关频率

, a- i9 H' Y/ P( L2 ~! B- F轻载降低工作频率

6 L# i' m1 W% Z: D" e- u5 a, K1 b15ms倍频模式

# W6 t4 D( E( p  V可编程外置过温保护并进入latch
, g4 P$ l3 M' ]. f
' d" d: f# V6 Y/ Y2 [$ e+ F- C# tVDD过压保护和输出过压保护功能并进入latch

! r' U* }0 J+ }  S/ r! `4 @- I  h内置前沿消隐电路
6 p' o+ g. q3 U2 H- H' M
内置输出二极管短路保护

内置过温保护并进入latch
- y# V' B- k  J" U3 d
过载保护
# j% j6 O, F0 y) @  V
2 w# o& m  c% J( W9 ^3 oSOT23-6L封装
/ \. U1 n% Z9 P- y" W% N
5 g3 r7 a+ Z% @& x6 w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。

基本应用

9 r" s6 Y' n0 r! Y9 |2 eAC/DC适配器
% ]% x  m0 C/ R; \3 a- t" C  l
电机类适配器

8 x! N  R( Q$ J3 n! Z' K( q8 d5 w充电器
3 d4 _; ]( C" v% H
存储设备电源

+ |" |, f3 y& A  S' |典型应用
8 S5 E- P" ^- o- B
# _) n/ t; C' V4 D( F5 t9 z

管脚排列
0 `. u5 o4 Q' z5 h# I" v0 ~$ P/ Q
1 z9 d1 f/ g6 f$ j7 p% b9 I

管脚描述
: B! R2 p: D- l) o: R1 I5 J
! V& O* v8 I5 `* H1 A

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。

" V9 ]7 b, G) \+ ]+ x* X( G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
# A5 G) I9 o3 P9 B* q7 f$ s/ F( R# R
0 m0 t) r: b. b4 p, [% M$ r: v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 w' M  y1 C+ C; e: \2.1、输入特性：
% U6 r# W- R- D  N0 q% O

; L9 H( c3 |8 q% F9 X2.2、输出特性(PCB END)：

# \# H+ |( q0 G- G  t
2 K$ m( N- y7 h2 T2.3、整机参数：

: z) q3 I% }, n2 P; u& P  h7 \5 G2.4、保护功能测试：

& G0 d4 ~4 w) c9 I' Q, H1 F9 W2.5、工作环境：
  \8 C* N. X, @

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。

3.1、电路原理图及BOM：

3.1.1、原理图：
3 r: u2 X5 U  `/ v, Q( G8 W* S

3.1.2、元器件清单：

3.1.3、PCB 布局&布线：
- `% o& R9 Y4 D' s8 e
. q8 r% o, [: ^" G" P

PCB 顶层布局

; R7 H8 O# h7 E

PCB 底层布局

( }; O( Y; o( v; k& b) q# C* R

PCB 底层布线

3.2、变压器绕制工艺：

$ F  i  K' c, ^/ n  |! P3.2.1 电路示意图：
, q  H  V. u; Z" p  l4 s

3.2.2 、规格参数：

# B) z( t) M  g. u( m6 m1）骨架：PQ2620 磁芯（5+5PIN）,Ae＝119mm²；
2）材质：TDK PC40 或同等材质；
& J- b& m! D8 n! N: y. d: m2 r3）初级、反馈: 2UEW 漆包线；次级: 三层绝缘线；
- k4 h# Q( @6 Z4 D3 F: }4 g4）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；

  o* r4 k2 n( f# A& G7 n3.2.3、变压器参数:
& `; n3 F- u. C

# d  q2 g/ Q. I; U$ H3.2.4、变压器结构图：
7 b1 o1 E6 V( {. @, g

" m9 T$ O7 b# A04、性能测评
; ^2 l0 i, `" o! m7 M2 ~6 m
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。
9 E" V* i& O5 D- m5 Q# O" j
4.1、输入特性：
6 r9 n  S" E4 u% O& M' `" I  Y
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
4 z+ A3 L4 _. p9 d

表2 输出接1.5M 18AWG Cable100%负载下的输入特性
& {" A' n, g% Q& U. ?  _

表3 效率测试（1.5M 18AWG Cable）
# e2 M7 Y1 U% p2 s: D

" y. S4 U& x3 f* g表4 效率测试（PCB END）
1 E* p$ D& A  X% p

表5 能效等级评估（1.5M 18AWG Cable）

4.2、输出特性：
" Y6 L3 z" t/ d
/ o" M+ c2 F; d1 o4.2.1、线性调整率和负载调整率: （ 1.5M 18AWG Cable ）

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 L  P8 r, h$ Z! }
5 z" r9 C" t8 L9 s# W( r

% h6 y8 z# {) \* M. C& C' X0 r  q8 m

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

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

; |2 O" h/ c# a0 K: P; C

R&N @ AC264V/50Hz,No Load

8 k( y' m9 z5 b6 {# _

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

: L% Q9 Z3 c* A8 n4.3、保护功能：

以下涉及过流保护、短路保护的测试。
3 z) C; f  d9 [" f/ u$ D' L# V8 N
4.3.1、过流保护：

4.3.2、短路保护：

% T1 |  L- B" F! z0 i& z6 B功率计电流量程2.0A,开启平均值模式测量。

# b7 ~3 ]# N0 a2 b& d6 U4.3.3、Peak_load 功能测试：

1 q( L7 z: P: K' y' Q8 t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。

% d# m, u1 `. Q& A

AC115V 发波周期12.6mS，Vo 最低15.6V

AC115V Peak_load 功能升频151.52KHZ

0 O" J/ o6 |& w* @/ ^, C- E

AC230V 发波周期11.2mS，Vo 最低18.2V

AC230V Peak_load 功能升频151.52KHZ

1 M1 G$ d, H+ ?' a4 Y- |# w$ {2 b4.4、动态测试：
, P2 h# c; p6 S( _
. S9 |6 G# d1 Z  z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

+ D0 L6 a& S" T: p" j* t7 |

AC264V_5ms

; ]! f) D: b8 F% }6 h

AC264V_10ms

! s" n) G0 P4 [; k+ f4.5、系统延时时间测试：

- w" t- ]; l0 O& P  |+ w

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

( b1 v  `) v# [9 |8 B9 D& h& s

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

# Q% l' t, a! Q- }! e) x+ V$ q4.6、其它重要波形测试：
$ _: [7 x" f0 X  p

AC90/60Hz，100% Load CS 波形

- A( g( C$ i$ a1 |9 w4 x) O. `

AC230/50Hz，100% Load Gate 波形

( x- U# p- I+ P, w% i9 ^

AC264/50Hz，100% Load 输出肖特基波形

AC264/50Hz，100% Load MOS-D 端波形

; X+ ?: K' V1 D, |2 `5 e05、温升测试
0 q8 ]0 L7 L+ ]2 l5 D! Y; T
测试条件：带外壳在40℃环温下长时间带载3A 老化。
) d: T$ F+ F4 ?0 l; O

3 T! c# x" ^& g$ J3 D06、EMI 评估测试

5 o1 z9 f% o3 S3 t/ p4 c测试条件：
4 X- L  c/ u; z/ v
输入：AC115V/230V；水泥电阻阻值6.67Ω，带线1.5M 18AWG 测试；
8 m5 F& T  ]5 M  @; |) j3 I/ Z限值标准参考：EN55013、EN55022B。（测试结果仅供参考）
3 c- Q8 f3 c; T

AC115V 传导L 相

. Z8 B. u" o" B+ B

AC115V 传导N 相

AC230V 传导L 相

AC230V 传导N 相

. N* C# ?# [  F

AC115V 辐射

* q$ R% l9 t, Y1 P2 J  T

AC230V 辐射