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

" V* Z- e% r7 [& F7 @
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。
( D, O3 I! W2 \3 S. L9 V
3 x0 I4 R' i+ V+ }01、样机介绍

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。
$ C; e- {$ i& q5 E

CR6890H_20V3A 工程样机示意图

CR6890H 芯片

4 ]/ Z# J3 w/ T  {* uCR6890H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。
# @  b) _2 e9 G, I, h: e! Z1 s
特性
, r# j5 P: `6 V6 R0 C
较低的启动电流 (大约3μA)
4 ^3 b- N/ E) \% e( T' Z9 [/ s
内置软启动减少MOSFET应力

带有Peak_load 升频功能；

CCM+PFM控制模式

# {: |5 e9 T  l! \& E; D, T; i内建同步斜坡补偿，消除次谐波震荡
- I' A) m/ w! p- E! `
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
: ?% ]! D6 e1 H# v4 d
15ms倍频模式

) ^7 g4 o+ J1 p  Y可编程外置过温保护并进入latch
6 m5 }& f6 B/ w2 |; |! N. N
VDD过压保护和输出过压保护功能并进入latch
6 c5 H. Y1 s7 f  Q# X* j
内置前沿消隐电路

内置输出二极管短路保护
4 x. z! p  f& b$ K. f, \7 n9 y
内置过温保护并进入latch
$ V" g7 P7 Q8 i6 e, q; M
: G7 U# \, `5 y0 m9 e! k3 d过载保护

  t8 p2 g. @! M, ]* ?6 r; `8 PSOT23-6L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。
. g# G/ S# L/ l% u0 P( X6 @
& Y- T7 a1 m# Z" K2 Z# ^基本应用
% b$ T! f' d) u5 |$ Y$ G
AC/DC适配器
3 s* V1 S. @# X' v: B5 N7 R
" e' u4 V2 n$ n电机类适配器

充电器

0 `: r& X2 Q7 b3 o- B+ J$ D3 d存储设备电源

$ t8 H$ @% n, R& z+ G8 w5 I* z典型应用

管脚排列
5 K% W& f" j" D( l
, X/ B9 f) O- I' q

管脚描述

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。
% O& V( O5 r# G1 j/ Q4 x
, C# D2 u+ P( }1 y+ W8 n8 l; d* a; P% m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 x; S/ k& C8 {2 c0 K1 @# B- B" N02、样机特性

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。
. _. V. G# N9 d, N6 T
2.1、输入特性：

2.2、输出特性(PCB END)：
, S6 q! _7 T/ t& h' p6 y' E

5 ^% L$ }; O& y; a$ i4 a. h4 w2.3、整机参数：
) Q3 o: s; Q" s+ w

9 G; G6 Z# L- t6 ?2.4、保护功能测试：
- ^* j* U8 E* s) c7 H

2.5、工作环境：

- g  z8 H9 J, n
2.6、测试仪器：

03、样机结构信息
6 P0 A9 A$ ~7 k. M
" u( f5 `( v6 g4 E/ q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：

: O# x3 w9 x$ E( J# V3.1.1、原理图：

- J2 U+ I" Y- ^( v* g

4 T6 Q0 V' J4 f) X% q3.1.2、元器件清单：
+ M6 S+ o& Z2 m& j, d0 Q

3.1.3、PCB 布局&布线：

PCB 顶层布局

% C# H5 E7 D& z. w& n$ P

PCB 底层布局

4 U, G! n) |' C2 J' `; D) A

PCB 底层布线

3.2、变压器绕制工艺：
7 F+ ~% }+ G* u# j0 ^
3.2.1 电路示意图：
1 K5 H* s$ z" H8 N# Y

3.2.2 、规格参数：

1）骨架：PQ2620 磁芯（5+5PIN）,Ae＝119mm²；
2）材质：TDK PC40 或同等材质；
* W+ @7 E) W5 `7 L7 b  A3 ~3）初级、反馈: 2UEW 漆包线；次级: 三层绝缘线；
* \. C) J) _  {" e6 ]. 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 h% i! N) z( X) ]8 V8 m5）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；
" ]3 q2 i; U8 \2 y6 g  n
( R* k  a6 y- e) A  |7 j- k3.2.3、变压器参数:

3.2.4、变压器结构图：

# d. m5 F: f2 X7 X0 S04、性能测评

( o, D- Q: T% V8 M$ f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。
3 L) d, A! U4 u0 b6 L% l/ T
4.1、输入特性：

& a& Q' u3 |5 T; t) `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。

% k3 I, d5 h7 O8 w0 a+ ?- c& V表1 待机功耗
$ q# U( }- b! y4 d$ X; g8 M9 i

表2 输出接1.5M 18AWG Cable100%负载下的输入特性
1 w& m/ j4 q1 i3 ?: o$ `/ h/ S

( K. C2 }* K  E: v表3 效率测试（1.5M 18AWG Cable）

表4 效率测试（PCB END）

6 U) l6 {* I! y3 A6 Z6 q+ n表5 能效等级评估（1.5M 18AWG Cable）
' W+ C1 A* S& v! m& J6 A# e

4.2、输出特性：
3 ]" G, o: ?- B! H
1 }- S) e: {0 D% j  x" \+ y4.2.1、线性调整率和负载调整率: （ 1.5M 18AWG Cable ）
1 J, w3 [4 x1 H4 |! X: X

4.2.2、输出电压纹波：
, p/ r! Z( k- S- |% z+ R
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。

; z7 j+ J/ z4 `9 o7 ]) [6 g5 e

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

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

: `+ n5 R3 b" W$ o9 E3 j

R&N @ AC264V/50Hz,No Load

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

6 f" v- h' S3 Q$ ?, _2 M* z2 z4.3、保护功能：

/ v9 q7 f2 f8 Q" Q$ |1 r6 K8 {以下涉及过流保护、短路保护的测试。

# w. A: f" V, q3 a6 n4.3.1、过流保护：

4.3.2、短路保护：
) l$ c- D+ b# F; T9 r6 a
功率计电流量程2.0A,开启平均值模式测量。

2 n9 K  e# m% z' s, z

: z, U3 _+ c8 k! E4.3.3、Peak_load 功能测试：

* p! l/ A- W3 {2 d; o4 ^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。

6 M- K9 H; J, j; B+ e  f5 @

AC115V 发波周期12.6mS，Vo 最低15.6V

. f" i2 ]8 Q: x# K: d9 T0 r$ Y

AC115V Peak_load 功能升频151.52KHZ

AC230V 发波周期11.2mS，Vo 最低18.2V

! |4 T% j0 {% e4 Y( W

AC230V Peak_load 功能升频151.52KHZ

4.4、动态测试：
, D7 f3 m1 i1 ~7 q  o4 ^
1 y$ K- ~. j- M9 i7 m& t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)
& h2 |. ]" `: F* \, ~5 p
4 ]+ x0 s$ N; P

AC90V_5ms

AC90V_10ms

AC264V_5ms

( G+ P: Q. N% I2 ^

AC264V_10ms

, l# _! M' Z  b0 ~4.5、系统延时时间测试：
. H9 f/ I1 ~3 `- B' c8 s3 ^1 u% D8 o
  X* D' i; ~1 y+ e8 z

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

2 o  Q4 Z; M" F' s9 U7 R; h1 K. m" \5 t

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

/ D. \" \/ m9 E7 @/ Z5 ~' Z5 q- n

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

3 I$ [8 _, E' X; P8 z4.6、其它重要波形测试：
0 U- k" A+ j  _4 x" |
' D9 F7 f: d6 [

AC90/60Hz，100% Load CS 波形

AC230/50Hz，100% Load Gate 波形

AC264/50Hz，100% Load 输出肖特基波形

8 b% `! S' R, J9 i4 O

AC264/50Hz，100% Load MOS-D 端波形

9 [( _% W7 D, K0 ^3 O5 f; c+ e05、温升测试

: s) O: c3 ]+ a5 v8 b. w/ }5 O测试条件：带外壳在40℃环温下长时间带载3A 老化。

& S# x& e: Z0 g8 O; e1 x/ t& s06、EMI 评估测试
( E& N- i& `5 R* x  R+ c4 e8 ~
8 e/ T7 o$ q* G* N测试条件：

; q7 X4 D4 U& x) U4 Q; m  t$ S输入：AC115V/230V；水泥电阻阻值6.67Ω，带线1.5M 18AWG 测试；
3 R; }: }/ g) `, ]$ z8 G) y限值标准参考：EN55013、EN55022B。（测试结果仅供参考）
8 J7 E0 B5 |! d$ v1 G2 W
" V9 N' R3 z$ J8 W

AC115V 传导L 相

AC115V 传导N 相

" N8 a% N5 X3 S/ X) b% g$ T

AC230V 传导L 相

( h/ l! o& k1 O9 y8 C0 z8 A! }4 v

AC230V 传导N 相

+ Q; X: f2 f' m3 Z

AC115V 辐射

% G. U4 l" O8 s! S3 \0 }8 G

AC230V 辐射