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

5 h4 a9 F9 K, t0 l
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。

5 n% o$ {7 t0 D% A$ ]& n+ H; t01、样机介绍
+ ?7 ~5 t" V% x6 ]0 q7 B2 }6 g
" h7 A5 `* ~0 b7 ], l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。

CR6890H_20V3A 工程样机示意图

& n% G7 a$ H% S' H/ eCR6890H 芯片

* d0 H! j* U( f1 }4 K9 m- jCR6890H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。

+ R% O: C6 ]( \+ G  H& r7 N$ Y特性

# D5 Y; c% H& f: K! l较低的启动电流 (大约3μA)

内置软启动减少MOSFET应力

9 r+ K. O% P$ T; q- j2 J6 X( T: M带有Peak_load 升频功能；

CCM+PFM控制模式

3 p3 E9 D$ |* \8 A" {6 A2 F3 _内建同步斜坡补偿，消除次谐波震荡
/ P3 z& u  E! b0 c& Q- K0 P
内建频率抖动功能，降低EMI

6 r/ d9 v( ^8 v& e8 t% D1 m内置65kHz开关频率
, p6 N" }8 n* J2 ]' g
轻载降低工作频率
9 v+ P  Z8 {; u" m) R4 f+ L) {
15ms倍频模式
5 ]6 {- a- U0 w, d. R6 |' f
可编程外置过温保护并进入latch

+ @9 ~) E3 I4 y, V6 B5 ZVDD过压保护和输出过压保护功能并进入latch

; t8 c0 {! a/ |( F+ w内置前沿消隐电路

" K1 g* N3 ]0 f' Q# v内置输出二极管短路保护
4 k! i* [' f( L5 P" x
# v' p' D! X8 \4 G, r内置过温保护并进入latch
1 v, B# `; ]: ^1 y
5 J7 D" b# u( ^6 ^% _! v' c6 V过载保护

, ^& i  m/ a9 p% `6 q- KSOT23-6L封装
% |5 R! {: S9 {" \8 B4 ~& j
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。
9 H' E' r0 k1 D# a* z" Z: e# N0 _
基本应用

AC/DC适配器

电机类适配器

充电器

存储设备电源
4 q. R/ {7 ^' X" G9 K+ t
典型应用
4 F& J* }& \: r

$ X2 }' H2 y; }, z8 \1 k( ^管脚排列
: b9 \2 k$ O- K) a6 W$ k( A

管脚描述
9 r1 G+ u: z$ S; s, ~; h

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。
* s' k- o2 G$ J* K1 ?* P
$ \5 E: Y& l8 H' X4 h: c5 J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

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。

. Q" i0 x) N9 v3 h: F+ v2.1、输入特性：
* z4 C5 Z* O2 @6 I  ]6 X! \9 a

  h$ G- J' V' \, W* N" Q
1 c8 q2 J: Y: Y: o$ H1 s2.2、输出特性(PCB END)：
! ]" }9 ]% ?6 [( m& `' m

# ^$ m- K+ }1 Y4 V4 G% o
, y# U' o4 L3 p" A: z2.3、整机参数：

3 G4 C) _9 N* A) E$ _. ~8 _2.4、保护功能测试：
+ |9 \' i2 o! g0 \5 p1 ?- k' S: w+ T

2.5、工作环境：

$ c8 ~8 o  f: y8 T, A
2.6、测试仪器：
0 e# Q0 @: }7 @, P0 Y' y

03、样机结构信息
7 f' r! m0 K9 g
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。
1 X# y3 n  d3 C2 P
3.1、电路原理图及BOM：
* F8 |! G9 D& J7 F! |2 P7 ^
3.1.1、原理图：

9 b9 u( o5 d& Q/ U& b$ ]/ b3.1.2、元器件清单：

; }3 p; v+ h! K3.1.3、PCB 布局&布线：
( V5 z$ X% F: j( o
0 S8 Q# s3 {  D# W5 ^

PCB 顶层布局

PCB 底层布局

6 ~% L! R% p) n. n" k) W

PCB 底层布线

3.2、变压器绕制工艺：
* D5 G% K9 A" C
: J% c/ Z' L; F' H/ K$ A5 R8 G! K3.2.1 电路示意图：
$ F$ K- W1 A( M# t

+ P" F5 V3 a6 j5 V3.2.2 、规格参数：
; j! S) w6 Y' o. i2 V! w& v, M
1）骨架：PQ2620 磁芯（5+5PIN）,Ae＝119mm²；
% n' ]# A2 p0 P' L  B2）材质：TDK PC40 或同等材质；
' p) w/ q, y& L) `4 Z- C3）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；
/ e1 N7 K1 H3 v5）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）；
) ^: Q$ k8 O! q, e7）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；
4 g2 I: E; o6 ~4 E- q: u3 R9 c$ Z3 w: e
# ~- u0 {* r9 U) L: ]1 t3.2.3、变压器参数:
) G  j) X3 q* X" G' }3 Q

: _- `5 h+ W2 ?4 K* q3.2.4、变压器结构图：

04、性能测评
* r& T) C0 j0 y. P0 ^* C& e5 E( }
, S3 g9 K7 g* O( P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。
! q& n, P; ?8 M. |" Q6 j: C
4.1、输入特性：

. {* R' A1 \! N9 r* x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。
' W9 Q% @1 X1 o
. `8 R9 L, }' r6 o) Y  z, ^表1 待机功耗

表2 输出接1.5M 18AWG Cable100%负载下的输入特性
  q! p, k4 X4 g

表3 效率测试（1.5M 18AWG Cable）

表4 效率测试（PCB END）

8 f5 f% l8 K0 x& B表5 能效等级评估（1.5M 18AWG Cable）
' f- v: `) M) I9 f

4.2、输出特性：
2 G  p* a' K7 q* j
4.2.1、线性调整率和负载调整率: （ 1.5M 18AWG Cable ）
; j1 @! j4 |6 C4 K1 O; {/ I

1 ^; I8 }5 B" O& V. j, b8 y
4.2.2、输出电压纹波：
! X* i) g9 {6 M- [
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。
' Q$ c) E, M9 S) d9 U8 ^! [! A5 e
# ~9 s* J5 i( f

, l; H, }( ], ?2 |8 O

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

7 w0 Y* z5 ^8 M7 P! r+ E) }7 f

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

R&N @ AC264V/50Hz,No Load

' a& Z2 y# s% {5 a8 `8 X3 [( ~2 A

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

9 S- Y7 k* q) A$ }8 X. [) A4.3、保护功能：

以下涉及过流保护、短路保护的测试。
. @7 g# M7 ?6 @4 d. |/ [; g
* A  W3 a% L$ u$ L4.3.1、过流保护：

4.3.2、短路保护：

功率计电流量程2.0A,开启平均值模式测量。
- I2 z: @8 d5 g# E1 \6 D/ H/ Q
2 H* _4 b5 T% S* u3 Q9 q3 I

4.3.3、Peak_load 功能测试：
& S8 q8 w+ j6 j# c& j9 g# O3 A" T' m
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。

- s1 t- h# K& f! F% K8 f

AC115V 发波周期12.6mS，Vo 最低15.6V

AC115V Peak_load 功能升频151.52KHZ

AC230V 发波周期11.2mS，Vo 最低18.2V

AC230V Peak_load 功能升频151.52KHZ

: o# d0 D- @4 L* l4.4、动态测试：

, v8 t2 f7 I* T  T- N# Z6 Z3 n/ a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)
/ L1 T* v) A0 F6 }1 K3 `7 \7 e
+ @! j# r9 m$ R! |4 ~' m

AC90V_5ms

AC90V_10ms

AC264V_5ms

AC264V_10ms

4.5、系统延时时间测试：

; Q" G' B3 E! z5 B' y+ A7 v

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

( ~: F: t+ y: H! G# ^5 M0 i0 ^9 }' B

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

7 i4 n' I0 g# `6 O2 U( ^% S6 I# t

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

/ f* j7 h6 |+ i  E% H: k- q) V4.6、其它重要波形测试：
) U  H  q0 k  w% N% H& N- u0 b

AC90/60Hz，100% Load CS 波形

/ |2 |8 Q' Y- u, P$ g1 |7 v

AC230/50Hz，100% Load Gate 波形

/ J2 t. b1 L3 F  A$ c3 D

AC264/50Hz，100% Load 输出肖特基波形

AC264/50Hz，100% Load MOS-D 端波形

7 K8 |# A6 r! e: e7 u0 E5 |05、温升测试
/ G# k3 v  ^; W" |( U6 Z: V
测试条件：带外壳在40℃环温下长时间带载3A 老化。

" C4 R- r. d! i9 ~! l: \# a* e06、EMI 评估测试
# x$ e% Q" ~/ W+ C! y7 D
3 L& u* v& N1 b* w" v/ E9 h测试条件：
( X( S+ Q8 M1 u
. S! j( w( `- t. [输入：AC115V/230V；水泥电阻阻值6.67Ω，带线1.5M 18AWG 测试；
* Z, T0 n( k0 U: y  A/ o$ S限值标准参考：EN55013、EN55022B。（测试结果仅供参考）
* [7 Y, `! r% p3 r
2 }! I$ h- S7 B( \/ M* V3 N

AC115V 传导L 相

AC115V 传导N 相

AC230V 传导L 相

* t" P9 ~) N- q

AC230V 传导N 相

AC115V 辐射

' \1 E3 E( t7 G

AC230V 辐射