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。

01、样机介绍
' E6 l; [& Z' z( y$ G
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。
- ^  y0 l; X) T! e& t" l5 T; v
* ]0 l6 x5 T# v5 Z

CR6890H_20V3A 工程样机示意图

8 Z2 c2 K, p+ K0 [  E$ z3 DCR6890H 芯片
: i8 U2 t, N. f) Z' `- k1 v9 v
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 I  K# o. r
特性
9 G0 |+ O5 r& [- |8 }
较低的启动电流 (大约3μA)

$ {; j& }4 }. k% W2 M6 Y3 d内置软启动减少MOSFET应力

! N5 I9 `. G8 a带有Peak_load 升频功能；
" C9 k) L7 T( h
" s9 |* a  X' e' a# dCCM+PFM控制模式

. Y4 [. a+ `; V' G- n; t. ^# Q6 k内建同步斜坡补偿，消除次谐波震荡
1 i1 T! w; q  i' F7 ]# r/ g1 \
4 _- C/ r% ?. M6 C0 t0 E1 d内建频率抖动功能，降低EMI

内置65kHz开关频率

轻载降低工作频率

% g9 `$ d& E% j, |15ms倍频模式
7 ?7 E2 n5 [) L0 S  I- X  q; [
可编程外置过温保护并进入latch
2 A5 n: q7 W0 \/ U: Z3 f. K
" U9 \' k" i% q4 F% s3 ~, `9 M& cVDD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
; T& S) j% A' @/ g) A+ }" Z7 h1 k
9 J2 z) Z3 M  u6 T4 e) y& o内置输出二极管短路保护

3 R/ V- `6 d3 M. O0 L内置过温保护并进入latch
8 Y% i! h' O( t7 h6 j7 }0 ?
过载保护

9 i5 d7 h3 P/ [" [SOT23-6L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。
; q% O+ H( f% P
基本应用

AC/DC适配器
8 I$ I- n1 n; j; P* H  n" y( A
! M8 j, Q4 c' J- F# {电机类适配器
8 N) L% {3 R2 g3 Q/ i+ a! n' s
充电器

存储设备电源
3 G4 o# S; I3 m) x5 `5 Z
$ \% C: _$ a  L" {0 K6 u/ R2 j- ?# a典型应用
! H7 J: W9 n2 L# `- a
7 D/ r- ]$ g0 d# g0 X5 }* ]( y

* n8 r- |( V2 G& w& O管脚排列

' _  `+ U' u0 {8 v# Y' E  s& }* Y

管脚描述
5 W# p4 W0 F+ J$ T

0 w4 @1 K; y$ T1 g4 `. S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。

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。
1 q/ e3 S7 L% ^" N4 ^9 g# X
. `5 d. A; C& U3 w- V6 J# j+ N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。
# N- V0 d* J8 l, X+ s; A
02、样机特性
4 L8 K4 m) N, A( Y6 N9 v
; b" Z6 u0 ?; F: f4 r# ~- `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。
% i1 x- P6 i7 n( \8 u! x" n7 K
2.1、输入特性：
% z# V) w. a! A

# z; k% r  |6 P, b' o2 S
3 B) t$ o. D4 [  W* g: y2.2、输出特性(PCB END)：

4 m  Q; W" d  C! T& |2 R4 p: G
2.3、整机参数：
5 H. {1 u6 I& X5 Y

9 x! f, ?% T* U$ S; \/ H2.4、保护功能测试：
, F  x! T, \& s: j

# b- n# {9 s8 f2.5、工作环境：

; {9 m: W' O/ x! k4 k4 W2.6、测试仪器：
$ F- E- W: W6 o

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：
$ t1 T  g- ^& R' b9 J# n
3.1.1、原理图：

5 R- d: b; G- K, k3 @1 P7 t

3.1.2、元器件清单：
8 v, o+ c4 U6 C: b
4 Q' v% M' U# I$ r$ U

3.1.3、PCB 布局&布线：
2 i- ]+ Q( V( q  r5 [9 h
3 U1 x2 K$ |+ T% A

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：
  [) _' }- @( M( E* h

1 X, S& @) g& V3 m- I. A3.2.2 、规格参数：

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；
& v! X6 E9 t' R0 L2 s4）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；
# t- d- W6 T/ h+ x* k6）初级绕组感量Lp：0.6mH±5%（测试条件：0.3V，10kHz）；
# H/ F+ v1 a; U, d7）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）)；
. r- ?& ], _- l8）耐压测试= 3.3KV 5mA 1Min；
" u% n0 T5 `% H0 |# a9）成品要求:浸凡立水；

3.2.3、变压器参数:

6 Z2 H; q6 {. h: Q

) Y0 l& K* m3 ]! j3.2.4、变压器结构图：
. H+ I" z, w* @9 T! r+ t! m+ s+ }

04、性能测评
: k% u1 z1 `- |& N! F% m& 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。

4.1、输入特性：
& o6 Q% U+ n  C5 i2 B
& d4 `5 F  E2 P9 O' [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。

: y0 I; |: a6 {: X表1 待机功耗
0 m6 `& ~; S) I0 K

" G& M. D) d) Z* `表2 输出接1.5M 18AWG Cable100%负载下的输入特性
' B2 N9 A. D; r- u

表3 效率测试（1.5M 18AWG Cable）
' k. b' T9 B: T; x! A/ t  Q

  w" Y+ V) K5 @5 `) B, d- d. s表4 效率测试（PCB END）

, ]  Z2 \' Q9 |2 L8 @表5 能效等级评估（1.5M 18AWG Cable）

4.2、输出特性：
4 x( z! v$ I0 H
. ]0 k3 \. }: k4.2.1、线性调整率和负载调整率: （ 1.5M 18AWG Cable ）

4.2.2、输出电压纹波：
  d8 R# m# a) U9 Y3 }. |
7 Y, ^: {  z- J& p' {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。
* G- D$ N, y$ F  i, ?

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

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

R&N @ AC264V/50Hz,No Load

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

9 j; @  O! A9 F+ p4.3、保护功能：

以下涉及过流保护、短路保护的测试。

- L1 u$ ]+ q) D+ V$ C* X4.3.1、过流保护：

5 b: S9 e6 |8 b) z

4.3.2、短路保护：
) L& ~' D! }. d/ x" F6 j3 W
功率计电流量程2.0A,开启平均值模式测量。
/ X# I$ t) S1 u0 _+ Y/ u. Q

4.3.3、Peak_load 功能测试：
9 a" Q! E; Q& k0 ], b. e
, k# |- n# K2 `2 g$ {9 A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 c9 F* @  p/ j7 g

AC115V 发波周期12.6mS，Vo 最低15.6V

% ^2 S" r5 Q) w9 F, n

AC115V Peak_load 功能升频151.52KHZ

  d5 W  K$ i6 d7 G. `3 k% n

AC230V 发波周期11.2mS，Vo 最低18.2V

( \# L7 w) z) {0 P8 C! ^  g, s

AC230V Peak_load 功能升频151.52KHZ

% A0 F* S  y  [5 a$ o4.4、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)
  q# Q; M* f( G2 d# s: A
8 ?  w- V8 `! m

AC90V_5ms

AC90V_10ms

AC264V_5ms

. _9 v) P! O4 j" N- n( S

AC264V_10ms

4.5、系统延时时间测试：
& c! R. U9 X6 X
( |0 h# o' W' G7 \5 T

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

+ j! H( D1 a4 ]# Z

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

3 Y; r- m; a9 n

AC230/50Hz，100% Load Gate 波形

AC264/50Hz，100% Load 输出肖特基波形

2 O6 N( x. X- \; v

AC264/50Hz，100% Load MOS-D 端波形

- T. v. E# Z6 ~/ E05、温升测试

测试条件：带外壳在40℃环温下长时间带载3A 老化。
, u8 V' [$ m* p0 Q. o5 ~$ f

$ @1 p; t+ A) f; a1 g5 B06、EMI 评估测试
: w% G3 b) v  V9 @4 N% p, W' }
测试条件：
8 ^' i4 M8 g2 y' n1 f. `" b
输入：AC115V/230V；水泥电阻阻值6.67Ω，带线1.5M 18AWG 测试；
  M  J  x! H* x$ z+ R1 x( E) n限值标准参考：EN55013、EN55022B。（测试结果仅供参考）

AC115V 传导L 相

+ R# `; r! L, O; Y# v

AC115V 传导N 相

( k  i2 s0 b5 m: b

AC230V 传导L 相

6 j' i# L$ ~+ P

AC230V 传导N 相

AC115V 辐射

9 f8 O+ z( ?6 Y

AC230V 辐射