本帖最后由 思睿达小妹妹 于 2022-5-6 18:15 编辑
2 d3 L8 G( O- w) w/ r9 l# W
: E9 O0 _1 ]. h" t. H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。
) T! x% o" D! _9 {2 ^& ?/ C; j$ t
7 J1 t# ~: Y2 p$ r- b& N01、样机介绍8 S) p# [; G. |1 i- u. A) N
& x- ]8 v: O; ]" h8 m' T+ t
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。
1 c( r2 i% e$ q/ Y5 D+ X! w7 c% ~
6 o7 B4 h! p2 e
CR6890H_20V3A 工程样机示意图 ! y6 C- h9 m3 O& j- G5 P( L. y
CR6890H 芯片! \0 ~7 O# g+ X3 E2 V) F# q, L
( K. r# l; {* a# Z4 n" E; Z
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。
% [( M3 q& R& ?- c7 T
* P$ K: Y) Z, q- {: p& `) @8 b特性* N& r0 |$ R4 y; R* R6 v4 D
1 O9 d, }, S" [% `6 L: H2 h' p" f$ S. W较低的启动电流 (大约3μA)$ A8 X1 v' y' p, `( V" g
b: @# K* N! ?! D1 O, d内置软启动减少MOSFET应力
- w* C: ^* S; F
4 c; p4 J( s5 x$ ]4 ]带有Peak_load 升频功能;5 R, |" _6 w3 G1 \, W. ~, G
1 u J4 ^" k+ w4 e
CCM+PFM控制模式
6 @0 ^6 Z; S2 t( _ U
/ v! p: b3 c: ?2 C! t) Q: a7 Q内建同步斜坡补偿,消除次谐波震荡
5 N5 M4 z4 ?, ]: L# |
/ }3 z4 T. Q* }* ]& s内建频率抖动功能,降低EMI6 K$ @7 q0 T, ?
" R% a8 l: x: L( R* q) `" A内置65kHz开关频率4 s( C- p; T ? ]
3 M9 t) z' S! A2 b2 H, Y轻载降低工作频率0 V- i/ Z: Z" a% m1 ?/ s
. ?6 a# B8 i5 O8 ?* }$ o
15ms倍频模式
9 [; z/ K* R! ~1 T# n9 Q( B. B1 E" O) o. Q6 x5 l, Q) q) e
可编程外置过温保护并进入latch3 J' F9 I, b1 W% `
$ W, P- `& e/ G; Q
VDD过压保护和输出过压保护功能并进入latch
- ~( ~- b8 G7 k9 t+ u, X$ a
$ M! D3 J6 P# F; }/ A内置前沿消隐电路
7 c3 m) I# e: \! n9 T0 ]5 k- C
+ `% L6 `" g/ p, j& R3 X内置输出二极管短路保护% l! w; I i% t) e$ `
6 c2 q* L6 U# l4 N2 \5 t# }' ]
内置过温保护并进入latch
) a: X: M7 h7 G( V6 {5 U
6 {9 N$ B/ D3 R7 Q8 J8 B过载保护* ? ~; v: T6 Q8 q* S
' B. X& I X) s
SOT23-6L封装' W7 }; J1 }6 M. C3 s9 J
# J* m6 j6 i1 Q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。: v; ^5 Z }. f1 D/ R( `7 f
/ S% x# o% m5 Z1 J" _
基本应用2 \) {; r- q- F7 ?# F0 m0 |
$ o! C c/ D, C7 N4 h8 ~0 o" FAC/DC适配器 W) j5 T+ [- x! x# A
3 M# ]. O: L/ C+ e: c9 S9 X
电机类适配器
% B; C c/ q$ t0 o7 f8 }" r+ H+ O& z6 @
充电器 b% | }! \. D% O) J3 g1 a
' Y4 @) [9 V( ~4 G( B
存储设备电源
/ e* G* Q% T1 `! |8 O/ v* p9 _( S2 b# T
典型应用1 c; Z& I; n0 d+ i3 U6 u3 t
& ~( U/ x/ w0 p) P/ }# c" E* f8 P$ m' y( ~/ E* }6 Z
管脚排列 E, x: f: p" Y& | G" E$ Y
& m) O. U0 P R, ^8 \5 x Z( I
管脚描述6 ]; j4 W3 f, U, e, x" b$ ]. f
. v9 J# M: |6 G- M5 ?: {0 v
5 Z V3 j) ]! r4 ?6 C2 J( r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。
r8 P, F2 y' n1 E. ~
( D, ?# M$ V, S" `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。- o4 c: N+ V, M$ M
1 n% S8 k+ z2 Q0 z& D1 k2 `. D) v
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。$ X4 c3 u0 y+ ^' E$ w$ n; @
0 f; ]& Q! k5 m02、样机特性
9 {$ D& S+ |. H: n# x* Y+ p$ @- c1 ]
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。' k) A4 p( N" \
* }0 o% o. g' n& M3 O5 \2.1、输入特性:
' ]2 p( c, w- C7 a2 a o, ~, k8 c" h. h0 b, z2 d4 n8 c6 D/ U" A
9 e3 K/ [( C) b: C+ C# B2.2、输出特性(PCB END):
) c$ X4 T k, B3 u2 F* t3 }2 `/ l/ C6 C" A( ]
5 S6 i( V# ]& r! {5 A) v2.3、整机参数:
2 x8 _( V/ I5 R+ O9 f- r. H; v0 [2 e4 z1 _- ^
2.4、保护功能测试:
; z% H. G N0 A. c& R0 ^. k- M' P9 Y6 L$ \8 |4 m) v
2.5、工作环境:6 w0 [' P) Q! M5 Y
% c% Q5 k0 X7 @( g
( Y! ~4 }* `: H+ m0 J9 }+ ]2.6、测试仪器:- _) G" k F: h% k) r
03、样机结构信息( g8 q, E3 x3 W" {& S
& a0 P5 }( M# N, {* E* N
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。
$ j3 E- v% Z" N1 }. Z9 m6 P* C3 M6 f6 }2 a3 J
3.1、电路原理图及BOM:& U- z& Y; i- `2 c) {+ u6 o& o8 C, Q, ~
1 k. K4 C& m- j: D3 H! ~0 K
3.1.1、原理图:% O6 V ^" m" p, b0 M
, Z3 @2 Q8 f% e
, l |; G: V9 [2 T+ C3.1.2、元器件清单:3 k2 d( \% J1 H1 e5 H! c, R
j& |4 Z9 Q* ~2 U2 l2 P8 ?6 y
5 T4 L+ z) i6 v3.1.3、PCB 布局&布线:
7 h# T/ ^/ F3 v/ {5 p0 f3 x3 f$ [6 {2 h- u7 A" H9 [
PCB 顶层布局 ; R8 m% t7 H8 P6 f- Z
PCB 底层布局
2 X# T/ V" }, f. r- \
PCB 底层布线 3.2、变压器绕制工艺:% Z- r& ]- f6 X8 I
4 P8 b& T' d3 r# `3.2.1 电路示意图:6 \3 k! r- u$ h% ~+ \' P1 _; y
5 G- f1 h+ j6 x' D3.2.2 、规格参数:0 m2 s+ ]% ~/ x R" X
5 r/ N# o5 i% s8 C/ {8 Q1)骨架:PQ2620 磁芯(5+5PIN),Ae=119mm²;
! I" _+ [7 S/ `2)材质:TDK PC40 或同等材质;; B9 k- W' u9 i2 Y1 g3 i2 }1 R
3)初级、反馈: 2UEW 漆包线;次级: 三层绝缘线;( j& c2 G7 H' K
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;
/ u6 f, p% {+ B7 d5 p5)绝缘胶带:3M900 或同等材质;
3 b( e" E/ T6 u" A' w$ M( \6)初级绕组感量Lp:0.6mH±5%(测试条件:0.3V,10kHz);
/ h8 ~, Q' g: t+ O7)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));* _5 N$ e7 C$ }8 G8 j! G8 Z
8)耐压测试= 3.3KV 5mA 1Min;
1 a! d, _% I( B) m$ X! _9)成品要求:浸凡立水;
* m0 V: D" M: X/ A7 ~% n7 {
4 S6 A2 _) M1 O& v3.2.3、变压器参数:; i" b' K3 H0 r+ \7 V" {
- e0 v: Y1 k% C
# B h, T$ r5 U3 F- ?/ k3.2.4、变压器结构图:( r v8 T; Z% a% S; Z- t- a
/ l% W$ j" {6 g4 q
04、性能测评
4 B: ]5 w& i* _) H( t9 b1 {
6 P q+ e( ]9 \" }0 J, X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。0 \8 ] j" |# O3 }+ _7 S' H
: C9 v% L% J: c8 i- [* \ L; B4.1、输入特性:) o5 t* U' X8 _+ B
6 g2 N* s' T" n7 q
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。
9 v- L; e/ e7 P6 x" B4 i) [+ B v, p/ Z# f1 N/ G' o; q, w# O" {
表1 待机功耗: P3 \' u& T+ N# ]1 G. L1 d
; ~, g4 O* ]0 s2 N. P! k5 a表2 输出接1.5M 18AWG Cable100%负载下的输入特性
, K* h) z" B9 s H2 D
' d( d0 C$ G- W表3 效率测试(1.5M 18AWG Cable)! y% R/ j# b, B! H; P% [
/ _0 I' x! n& D/ |- Z9 _8 r
表4 效率测试(PCB END)
O: }8 I! \* V' W+ D4 {
3 S( @5 q& D; f( @* O表5 能效等级评估(1.5M 18AWG Cable)
+ |0 d2 @& M3 V, [% a. d
: E* K7 N! M z* L* p+ F0 q1 R) f4.2、输出特性:
% G* c. [+ ?9 J, N K) a: ^. j0 S
4.2.1、线性调整率和负载调整率: ( 1.5M 18AWG Cable )
9 Q$ s1 @: J1 r" W. ^9 v& I6 _+ X4 k9 y2 @ m* c$ c
S7 p0 Q/ r3 F! @
4.2.2、输出电压纹波:, e0 w5 X& G. L& E L/ B
2 t! w6 n6 c9 _, W* C; u
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。: M/ O, ]. p# N5 p8 `+ _0 z
) j1 }' r& Q8 d8 S , z8 |& X( i. I5 }4 O
R&N @ AC90V/60Hz,No Load
$ v" b: t7 |0 N
R&N @ AC90V/60Hz,100% Load
" K2 b- }6 m; r( g% e
R&N @ AC264V/50Hz,No Load 4 N; C% q' i1 l" B
R&N @ AC264V/50Hz,100% Load ! k0 M2 ]! ? s( W0 b$ X7 a, |) c
4.3、保护功能:
/ F+ E8 t% ?8 f
4 l- e+ [2 B$ l8 g; m5 ~以下涉及过流保护、短路保护的测试。
# V6 A- d# V4 l6 h) i ^
" S7 S! R5 K* Z4.3.1、过流保护:
9 R+ k# G6 P! T( T8 M
, A: u! ?: E9 z: z. q& w2 x( Q
1 g2 q; d# b* J J3 o3 m5 L4.3.2、短路保护:
1 F5 M6 k$ }3 j5 K8 N
6 _3 C5 c; r2 L q: F, l( P功率计电流量程2.0A,开启平均值模式测量。/ I1 a2 K) p& G: \# Y: e# A6 b8 h
' c& Q* i/ K" ^7 C/ Z" ~. F4 R
% m1 z# i' y4 v% Q8 H0 N' P/ Q4.3.3、Peak_load 功能测试:4 j m$ v5 @& L. m- t
0 b* E7 P5 A K: P' ?* q; 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。
. f+ w+ ~7 q3 H5 q$ y4 S$ S+ e# j( `' H# V- X% V
AC115V 发波周期12.6mS,Vo 最低15.6V 0 M% b @% `& Z4 A' r! z$ t! s2 }
AC115V Peak_load 功能升频151.52KHZ " P8 K* g/ c9 [- x# ^8 N
AC230V 发波周期11.2mS,Vo 最低18.2V
# t3 ^; I0 a8 x8 Z! T
AC230V Peak_load 功能升频151.52KHZ 9 w/ r9 N4 a! C2 l# F: x1 j( W
4.4、动态测试:
+ |6 {; E& g4 v5 O! ~: R3 T
( v, F, o0 C! w# M0 }# E- J6 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)( ^ ~7 v2 ]" _( u @+ O7 L
0 x/ {+ Q5 Z' G1 p& W
AC90V_5ms
AC90V_10ms
( E* y+ B% k4 J/ Z
AC264V_5ms j1 T2 b$ X1 S# Z# M( A$ o7 u: B7 U
AC264V_10ms
7 j0 T% F9 _7 Q( d( u: c4.5、系统延时时间测试:& G9 g9 S8 o' O: }
8 q* A4 i- {! m7 b; \+ t
TON_DELAY @ AC100V,100% Load 4 J# y. Q0 ]% ]( t. {
TON_DELAY @ AC240V,100% Load 3 X2 D! v* v1 N5 m
THOLD_UP @ AC100V,100% Load
$ f A- n( K7 w3 I0 |! L9 s. N
THOLD_UP @ AC240V,100% Load
1 \& m9 T( ~5 K# _2 x( W4.6、其它重要波形测试:$ U; Q! B! A, E$ u
" c( L3 h; \- [4 y f2 c m' J
AC90/60Hz,100% Load CS 波形 ; ]/ Y8 @3 V3 M s; A: T
AC230/50Hz,100% Load Gate 波形 & X* D# w' R# i+ k* l; x: }
AC264/50Hz,100% Load 输出肖特基波形 % S0 t9 a+ j6 k$ z% h
AC264/50Hz,100% Load MOS-D 端波形
; J7 b0 K2 D! F- _05、温升测试6 @0 A* d" ]' b: I8 \
( B' R0 V X* }测试条件:带外壳在40℃环温下长时间带载3A 老化。
. J- f C+ y5 a8 s- K% n8 {, W! l9 l" y1 K; ?3 w% p8 `
- k1 ?6 S- z. X; a$ b" H: X06、EMI 评估测试
9 O4 r; J) m5 z$ [( y/ {1 B5 e% g t$ \ _- f1 D+ H
测试条件:
/ e4 C2 ~7 }2 Y
$ q( V+ d0 ~! T2 [! b* u输入:AC115V/230V;水泥电阻阻值6.67Ω,带线1.5M 18AWG 测试;
* w+ y S5 f& _5 |+ W* k8 p: ^" j- l限值标准参考:EN55013、EN55022B。(测试结果仅供参考)
% o H" R$ Y3 M; a
n6 G2 e% @* F1 @, o
AC115V 传导L 相
. E* v' H# s4 K) u+ h
AC115V 传导N 相
0 F: ]2 v4 W' S* ]: G/ I) e
AC230V 传导L 相
+ H/ @# D2 R1 I" {4 D/ W
AC230V 传导N 相
/ n# B7 T' t7 b/ s
AC115V 辐射
4 i3 y$ z0 B% v A v
AC230V 辐射 |