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。
' @1 {4 G0 Y5 ?0 W( L
01、样机介绍
6 C1 A  h  \  e0 @/ i
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。
$ q% F" x2 V, t5 y) w

CR6890H_20V3A 工程样机示意图

CR6890H 芯片

/ {0 r6 q2 {7 `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。

特性

9 o3 e* S/ x1 H8 {- u9 x1 E较低的启动电流 (大约3μA)
0 J% c% B! ~% |/ x
6 Y, ]( Y  P9 j2 Y内置软启动减少MOSFET应力
' v% V# H( m+ b+ t' }
带有Peak_load 升频功能；
6 ?) x1 w( }5 r( t0 y8 P. W( n
CCM+PFM控制模式
" X) D' f* \& \1 }% P" i) b! o1 Y
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

内置65kHz开关频率
+ W$ X: U& \2 j' Z3 Q' T6 d" q
3 u" r7 p" z6 \8 X. ^* D% o0 @0 T轻载降低工作频率

15ms倍频模式
# T' |  m7 }  e; x; s
: `' h! ~$ {- X可编程外置过温保护并进入latch

+ \: _! |7 S: E! I3 C0 ~VDD过压保护和输出过压保护功能并进入latch
2 o8 t  Q* f4 N: l% Z7 ]
: u1 I" r( W* P& Q1 z内置前沿消隐电路
! p9 D& G8 _% ?' ]
; H# g" h  \: f: T, a内置输出二极管短路保护
" Z% r0 ~2 g* `- C$ [' L: A7 C
内置过温保护并进入latch

过载保护

! q  s9 S* E. K* C7 E1 eSOT23-6L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。
7 j. Y, [/ |  k) J/ K
基本应用
+ A! x4 `6 a" P$ T$ C+ c3 l
AC/DC适配器

* C: _) @6 \9 r9 H  U* }( A电机类适配器

! ?" B1 Y6 t5 c' u充电器
* h) B0 N! K( e# y
存储设备电源
" [7 h6 d" W9 o% _
& Q/ c& b+ ^8 S8 v: @. T0 b2 `典型应用

) Z# S6 D1 [( u! f1 J2 d' T

' b% v# c! x  _6 c" I管脚排列

$ J2 Y$ h7 p2 H6 `

管脚描述
0 D, Q* P& U8 ]. V) ~) R& N
9 L: c# e. C; ^9 h; q: m0 f5 C  M

! Q- A) F" n8 [+ [9 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。
" P1 ?' i# b" d7 T: K
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 O5 ]! P9 q/ U! L) W3 b0 A
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。
5 C6 s5 Y6 l4 _7 a1 g6 F
+ t, O; Q5 W& X9 `02、样机特性
3 x$ q( T3 V& {! k& {' b( T
8 A5 m" _) V" W  n9 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。

) ^8 F. y: {6 o% @- \* _" M  O, a2.1、输入特性：

9 X/ G4 c) T$ S% c
2.2、输出特性(PCB END)：

+ Q# [, V5 F6 y. ~& G$ c0 g
2.3、整机参数：

6 d) L: F8 H: C  \6 p2.4、保护功能测试：

2.5、工作环境：

0 ~2 |% k; Q8 X2 I
7 g9 y3 d  e0 {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。

: k" b0 H' L3 d9 L6 y6 b+ E5 y+ g3.1、电路原理图及BOM：
# a8 f+ W6 s8 g( u" y' c) Q& D$ J
$ M' s! t% U$ l3 I8 X0 ?3.1.1、原理图：
9 A' ]2 L0 U* `1 ?6 C7 W

7 Y6 D1 Z! v2 a* C$ C/ C: b3.1.2、元器件清单：

" R5 \3 @7 t/ v3 c3 c) |3.1.3、PCB 布局&布线：

PCB 顶层布局

PCB 底层布局

& o* _: }; u" O/ \  r

PCB 底层布线

3.2、变压器绕制工艺：
7 l: K3 O1 k3 G' J8 A
3.2.1 电路示意图：

: O! f* A; I. \3 b8 I# K1 h3.2.2 、规格参数：

1）骨架：PQ2620 磁芯（5+5PIN）,Ae＝119mm²；
1 Q" ~+ w: o" x# m& w2）材质：TDK PC40 或同等材质；
& C# r$ g7 _- G4 q" V+ w& a3）初级、反馈: 2UEW 漆包线；次级: 三层绝缘线；
3 O% c7 d# F) H; a4）N1 N6 N7 绕组从变压器针脚B 进线从顶部A 出线，磁芯接地；
8 Z8 a+ [, x- a4 Z2 a5）绝缘胶带:3M900 或同等材质；
$ {9 c6 H4 P  Q. t' q7 o1 A6）初级绕组感量Lp：0.6mH±5%（测试条件：0.3V，10kHz）；
* {8 R3 e* x% I. ^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）)；
$ p; g$ {* M' E/ P3 M1 ~( ?0 w8）耐压测试= 3.3KV 5mA 1Min；
  U+ n3 p5 r  v6 ^9）成品要求:浸凡立水；

3.2.3、变压器参数:
) V+ g. O$ e2 M/ O" g" \4 L. ?
& [+ m' ^. m+ I; |: T$ X; G2 O

. k' l+ v- Q4 U) L0 l6 e9 X3.2.4、变压器结构图：
1 ^5 p/ _  x# u, {7 I! B4 D3 w

04、性能测评

" w4 q$ B% X$ B0 \, C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。

* e0 B! \+ x& ]. x4.1、输入特性：

8 I  e7 T& B2 h! t5 \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
; u2 H+ ?/ w- X0 f. ^

& D" Q( v: P+ f, i: u表2 输出接1.5M 18AWG Cable100%负载下的输入特性

表3 效率测试（1.5M 18AWG Cable）
; [. |! M* K! I5 [9 b& M" A

0 o4 Q7 T3 ]" R: E: I: U表4 效率测试（PCB END）

表5 能效等级评估（1.5M 18AWG Cable）

4.2、输出特性：

2 \) w( L6 a5 X1 {7 o2 H( N. k& C4.2.1、线性调整率和负载调整率: （ 1.5M 18AWG Cable ）
( \$ L* k9 \7 V" N6 c1 B/ f

$ ~! H& X6 O' z& X1 B  j% B4.2.2、输出电压纹波：
  Q" J: H* b* |
. T* c  m) p. v2 f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。

- Y% g! T% u2 c' F  h6 V6 }

) S. k" z% y5 e( \2 q

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

/ q/ q/ {# y' ]$ ?2 _  N* \0 L

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

+ R. f2 o; J; o! V% @; F

R&N @ AC264V/50Hz,No Load

& ^* J, k  T9 v( R/ ?* Y

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。

% ?0 H$ q+ l, s  _6 U: Z4.3.1、过流保护：

: D# G* s. e8 n# b* {2 _/ q. m

, [' b7 G* l6 f4.3.2、短路保护：
( U) u+ y: F0 y& A" o- ~
功率计电流量程2.0A,开启平均值模式测量。

, j6 u3 _- A! K2 m+ q

8 Z" X2 V* B$ X1 A: s4.3.3、Peak_load 功能测试：
) I* y( G4 L2 b3 G- S
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。
9 O( X9 i7 v5 [; N# O
; ~) i$ s. K0 m

AC115V 发波周期12.6mS，Vo 最低15.6V

AC115V Peak_load 功能升频151.52KHZ

4 d- Z9 ^: i" [( v& e# X9 y3 ^2 L( h

AC230V 发波周期11.2mS，Vo 最低18.2V

; f* W0 x  E& r( u" x

AC230V Peak_load 功能升频151.52KHZ

4.4、动态测试：

6 j0 |& W, E- v% {6 d3 F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)
* G+ S! b5 K) u/ ^" I/ Y- M3 N, b

AC90V_5ms

AC90V_10ms

" f+ j& b1 u. b0 n4 \

AC264V_5ms

AC264V_10ms

8 a$ d3 b$ m7 |; F7 p1 Q( Z; n4.5、系统延时时间测试：

! o: m2 s; a" t! S* c& U

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

' j1 a: Y! a. A

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

4.6、其它重要波形测试：

7 z9 t( M4 x1 k( E+ S  E

AC90/60Hz，100% Load CS 波形

: J, |9 R6 Y" U; C; ~

AC230/50Hz，100% Load Gate 波形

6 b8 \* J5 `' g3 W  A/ c/ s

AC264/50Hz，100% Load 输出肖特基波形

AC264/50Hz，100% Load MOS-D 端波形

! R3 J5 v6 r/ h2 i2 l5 L% O05、温升测试
6 x' w+ H! r) F: l1 K2 }4 L6 B8 g
测试条件：带外壳在40℃环温下长时间带载3A 老化。
2 g" A$ u  `+ }9 L
  ?' _; ?; x! c! N! u8 g

- I( _) a4 q" C4 \- _4 R7 J06、EMI 评估测试

测试条件：
$ R4 S3 t$ X" _& e* \: [! q: ~2 T
输入：AC115V/230V；水泥电阻阻值6.67Ω，带线1.5M 18AWG 测试；
! |+ a; ]7 J+ |$ A$ K限值标准参考：EN55013、EN55022B。（测试结果仅供参考）
0 `. C( }9 u3 ?0 v8 c, n* T4 u
, Q& J" y  ^  H& v5 d/ {

AC115V 传导L 相

AC115V 传导N 相

AC230V 传导L 相

& t6 f1 g) y0 G2 d% J- A% E1 q8 O2 |

AC230V 传导N 相

AC115V 辐射

7 i7 C9 Z% y  N2 T

AC230V 辐射