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。
4 k/ l  ]& i$ d* ^
01、样机介绍
* b4 ^! J' p& n0 j  Z
, _( A. t0 K) W- Z  o7 b4 y* D4 X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。
! C0 {/ y7 N" ^- d. P9 K

CR6890H_20V3A 工程样机示意图

CR6890H 芯片

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。

; Z# q2 X1 z, w  L( K- ?+ L特性
( q! g+ i" O- d1 P+ k
: L( M# |6 E8 ^- H/ m较低的启动电流 (大约3μA)

  R  V& s6 ?' }1 n2 \. M3 d内置软启动减少MOSFET应力

带有Peak_load 升频功能；
+ h. e3 P) ]+ S
CCM+PFM控制模式
. o" Z4 m5 {6 e! f/ {; x/ W) h
; x0 M- H+ ~0 C/ l$ W' A" d! t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

+ O2 v# j- y* Y: g% m% r9 F内置65kHz开关频率
2 q* y9 u" `( J( Y6 a
9 V+ J' x5 [1 q7 i* _: ~( {轻载降低工作频率
# e" ?* r9 @" T( Z  r$ ]
- }9 r% F) H! W$ f: F+ @" h7 j3 W15ms倍频模式

1 V/ @0 N$ ^# t2 J: C! g7 [可编程外置过温保护并进入latch
1 U) x& l2 e& Q' H1 ~- W" z6 S
VDD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
- a" V: n: B' F& C9 U
7 o" ^8 a, d$ r! i) g9 P内置输出二极管短路保护

内置过温保护并进入latch
. f% D' F5 ]9 j9 v% l: x. L3 t) }
过载保护

SOT23-6L封装
* ~! H; X" ?  a% f. S  v
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 @: V& x  |: M8 y
基本应用
: F' l0 b6 q# E  h; @% T
% Y/ @$ {' h, z# k& cAC/DC适配器
5 h: F4 X# X' K& S* K/ m; a
电机类适配器
1 A1 f, `/ g& F6 o; T& B
充电器

存储设备电源

典型应用
* T1 @) V6 u9 X3 w% s  _5 ]/ Q! V& L

3 O; J( f4 l* ~# Y6 u; B( G管脚排列
/ _7 n: F6 Y% J7 {1 K: d" |% f
  k2 ]2 S& F, b0 V$ P' w

管脚描述

% }6 w2 h& G1 X/ m7 Q8 ~0 @* w

0 d( o& [( @5 ]3 A, `( {( {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。
  N7 X2 C) G6 _  @7 T+ j2 D; \
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。
! P$ E/ z0 r/ I! D, c
6 p( m/ `. D- J2 R# \+ P/ c. _02、样机特性
0 ]( u: K" R+ a' q  W8 ~7 Y
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。

2.1、输入特性：
, h, }/ P3 i. a, j9 \0 A

$ v- j  l/ t0 q, r0 Z/ n$ {/ {
2.2、输出特性(PCB END)：
8 e" K. }8 P0 f+ z; E

- R9 e7 I2 g- `7 u9 L2.3、整机参数：

2 {$ l' \/ A! j" Z7 m7 S! m2.4、保护功能测试：
  ~/ C0 [2 o8 q5 m( ~2 q- }- h: L

2.5、工作环境：

2 v: _; W+ o  _' o4 z8 e1 K+ ^6 \2.6、测试仪器：

03、样机结构信息
' r! ^0 C/ c2 w5 c
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。
" P/ ?$ X2 `; O
3.1、电路原理图及BOM：

$ _. I# d4 k' s8 f; v+ F# ~) O3.1.1、原理图：

# P6 |6 {; S8 C+ m

  ~  `+ F' c8 a, Y7 L# h2 S3.1.2、元器件清单：

# ?' v4 ^$ L; F" O, @

; G, e1 L: P7 O' m3 i1 G; T3.1.3、PCB 布局&布线：
& c& E# v9 {4 N; d. }

PCB 顶层布局

$ f3 Y4 L/ f* ]3 J5 q3 z$ d5 u

PCB 底层布局

' `7 i) L$ w  d/ p2 M- t2 K

PCB 底层布线

3.2、变压器绕制工艺：

3.2.1 电路示意图：

: l8 T5 M; E1 W3 ~7 y- Q3.2.2 、规格参数：
( @' r- i; O/ h
) X) g5 I- K- Q. S1）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；
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；
5）绝缘胶带:3M900 或同等材质；
  u, b; ^+ P4 d6）初级绕组感量Lp：0.6mH±5%（测试条件：0.3V，10kHz）；
- O  D5 P# p. i+ x7）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；

; w1 [" W0 [" A4 w: c( ]3.2.3、变压器参数:
1 R0 Z6 O3 n* q+ C

3.2.4、变压器结构图：
# s4 X# V2 q4 P( m% G6 O3 Q

04、性能测评
% U( Y8 F: C. v9 n1 f0 T
9 K' z4 I" u' K( ^( u. Q2 K# g7 @2 V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。
) }) g: X* f* D5 W  ~5 N
  `) F2 s5 B5 o4.1、输入特性：

; `. A7 T! k9 a! J: Z" J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。

3 |" }4 I) }+ L! Q0 B" Q表1 待机功耗

5 [$ B& F/ N# J: X% _- f+ `表2 输出接1.5M 18AWG Cable100%负载下的输入特性
/ M" _7 {! }/ m: O

: X% R# H  j& W; s: g- C表3 效率测试（1.5M 18AWG Cable）

表4 效率测试（PCB END）
# C$ Q4 j- }0 b3 I

表5 能效等级评估（1.5M 18AWG Cable）
8 r% ?2 w& I2 t$ ?. ?

, |* J5 Y2 w  @; s2 T4.2、输出特性：

6 t) p# S5 K0 m1 f+ Y& ?. o& i4.2.1、线性调整率和负载调整率: （ 1.5M 18AWG Cable ）
5 W1 b; a$ V0 c# I  o, y4 I* N

9 E6 ~. o3 v8 K- F+ L" Q
4.2.2、输出电压纹波：

' W* p, @' e/ _) V. X6 D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。

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

. K( X- J2 q& E5 f6 X

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

R&N @ AC264V/50Hz,No Load

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

4.3、保护功能：
" o( W/ x& `& o* U7 G0 J
以下涉及过流保护、短路保护的测试。

# O) ^; d  v/ n+ H& N& N4.3.1、过流保护：

, E7 K6 ~) Y) o/ \# n

6 I5 I$ U  j* Y4.3.2、短路保护：

3 g0 G2 v( g0 h; J+ t: }功率计电流量程2.0A,开启平均值模式测量。
$ G, b" g. K4 s8 k$ c% U2 c. o! E
3 g. B  Q$ h- p: D

7 I) @- L! R8 I3 i, u' z1 f0 i4.3.3、Peak_load 功能测试：

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。
: T9 o8 ~* Z8 j
( E: u  [) e) `/ y1 H- N

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

0 s1 T; h* v; A

AC230V Peak_load 功能升频151.52KHZ

4.4、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)

AC90V_5ms

AC90V_10ms

, l2 }5 h( T  R5 a( w2 @0 R

AC264V_5ms

AC264V_10ms

4.5、系统延时时间测试：
4 M! \9 }! K) q6 M. x8 Z' |

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

  W8 f8 @) [+ v0 R6 o) i/ [

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

" l3 v3 B" k4 T4.6、其它重要波形测试：

/ d( A& x  X# p

AC90/60Hz，100% Load CS 波形

2 U$ r# Y0 G7 |  u2 h

AC230/50Hz，100% Load Gate 波形

AC264/50Hz，100% Load 输出肖特基波形

% T! Q# R- c9 c( E

AC264/50Hz，100% Load MOS-D 端波形

7 ]( Q3 ~) J* i4 }05、温升测试

- s2 m; b0 k4 u& }$ E) [测试条件：带外壳在40℃环温下长时间带载3A 老化。

" P' }/ u, R( ^! v1 q& h

) P( P! {" q# W6 W06、EMI 评估测试

; A1 a) Z, ]0 @  {! q' w. h) h* j8 H测试条件：

( c# c7 K* ?+ x" r输入：AC115V/230V；水泥电阻阻值6.67Ω，带线1.5M 18AWG 测试；
* y' J* ]  w- ?; m; ~( K8 z限值标准参考：EN55013、EN55022B。（测试结果仅供参考）
5 `( U' A, S/ ~2 H+ n

AC115V 传导L 相

AC115V 传导N 相

  T) d  z# [% e. c; d% e6 n* t

AC230V 传导L 相

& O2 ^& j! c( c6 H, w, r/ x

AC230V 传导N 相

  s! S' p& p' N5 l+ A

AC115V 辐射

- S( K; ~% [- A3 @$ a. q

AC230V 辐射