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

% K  f1 ~8 [+ m# t2 a! w, G9 E
3 q! o  M, p/ D1 O; `6 w# t7 w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
/ k7 {' F/ q2 K" b/ S2 T! k
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

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。
. H, J4 q6 q5 V
8 d2 Y4 X0 V5 j特性
; W6 Z$ _6 A3 F* ]
0 y5 d9 |  b& W较低的启动电流 (大约3μA)
0 \/ D& D, x8 y- W. N# n6 z
' K1 y  q; a; r4 v$ g8 D, l内置软启动减少MOSFET应力
0 h4 o( ?! f) P1 G6 }6 }
6 ~: T7 r' n' I  Z3 B, d' s带有Peak_load 升频功能；
, d, m& d' [: i, J. Z
CCM+PFM控制模式

6 T) b2 m; _1 ^内建同步斜坡补偿，消除次谐波震荡

9 u; y6 g8 Q! K6 J内建频率抖动功能，降低EMI
& _3 C; F* @" U1 R4 h7 O
( `) }% H0 C; k( e: _: h) f, N. o内置65kHz开关频率

) i5 _$ _5 E+ d) N- l1 |轻载降低工作频率
2 D9 t  C/ T6 o0 [, r2 R: V  S
15ms倍频模式

' p! P2 N6 C# z# v可编程外置过温保护并进入latch

/ T2 ]) X: \* {7 A7 ?3 RVDD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

内置输出二极管短路保护

内置过温保护并进入latch
6 F$ H0 C# e# K* r& B9 f3 m
) i! M$ h- g. R: n" {过载保护

- ]5 `/ u9 y5 f' ?5 h( SSOT23-6L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。

基本应用

3 b4 x! H, j8 }+ Q& @. o5 Y$ j: A$ XAC/DC适配器
4 Y  ?; U6 z+ x+ X' C
电机类适配器

9 s7 N  W4 q) V5 b+ L9 R+ n, E9 v# `充电器

2 G1 ~4 {- @6 d8 Y* m+ w  F3 J存储设备电源

典型应用
  H% l: ~5 l, M/ ~! Y* W1 J
4 {" L% ?4 h' {, f) O) A! ]+ X

; B- q2 ^) {) I3 R管脚排列
! S" B# T  B5 Y

管脚描述
( }* Q, I5 t. k) n

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。
, }) G& `& ]  O: I
% P3 x3 P9 |4 h2 [0 I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。

- N# \/ E* _; t! u6 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。
7 o+ L: b1 m: L* [4 z& h3 r; F# @
02、样机特性
7 A. E/ I% O) g9 [' C2 a5 @1 T( H
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。

+ E/ w" B$ g5 z3 o5 f2.1、输入特性：

8 b* Z' R3 Q( W
$ |9 \( K1 g" S4 U2.2、输出特性(PCB END)：

5 r8 |& B6 t( ^2.3、整机参数：
" r7 C6 D) n  L2 X3 H/ [8 Z

, I7 n2 z" E1 B0 S# n' u! w' M2.4、保护功能测试：
' }2 _, R, k; K; G' Q3 t

: S) q$ m# T# W7 o, e, k* D2.5、工作环境：
" }6 C3 H- ]* d+ }3 F( j- Q1 w+ q' }

, t& D% x: k; A$ W. {
  H5 R) X, w1 W! W2 ]8 k2.6、测试仪器：
) G5 d0 [7 Q3 a. U$ d# W

03、样机结构信息
8 @5 X8 h1 e1 {5 i& j
7 H- ], t* y9 l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：
5 ^( Y, `9 m9 q( S. k  n' |" M
0 p3 j4 S5 d/ v3.1.1、原理图：

% g/ n& I6 w- R8 D; u3.1.2、元器件清单：

3.1.3、PCB 布局&布线：
$ m( Z( ~: w3 K5 M* N$ ]' W

PCB 顶层布局

% ?- v/ k3 I* f  X+ h2 ~% F! {

PCB 底层布局

PCB 底层布线

3.2、变压器绕制工艺：
; _. \: n$ A, `
, E! L' P2 R6 Q! @# M! ~3.2.1 电路示意图：
! `, s" p0 F4 z$ S0 P7 j

7 e. r( |8 d. v3.2.2 、规格参数：
6 w- x2 n! g8 e' _5 K: I
1 Q5 e% m* Y+ E5 g/ i- m, q1）骨架：PQ2620 磁芯（5+5PIN）,Ae＝119mm²；
2）材质：TDK PC40 或同等材质；
. U% d6 x1 J+ P/ j3）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；
( B6 ~3 Z9 O, y$ K# q1 e( R6 O6）初级绕组感量Lp：0.6mH±5%（测试条件：0.3V，10kHz）；
( x+ L! L; `1 }6 W; A$ k7）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；
# o3 r* K. d$ m  V5 Q  p/ W9）成品要求:浸凡立水；
& @) p  q" G, a: ], [$ e
' O/ P7 \2 _- y: `2 k, r3.2.3、变压器参数:
9 N: n# S& R1 I3 ^+ E5 m
. Z4 G, K- p+ u, T  Z

: V  W' [0 W6 z/ A- Z3.2.4、变压器结构图：
: l* [2 W' \7 U0 B* @# o  W2 q

04、性能测评

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 I/ b! M8 |4 i
2 b5 M" `+ D) }/ H7 ]9 o0 O8 t8 r4.1、输入特性：
, z" \9 y+ ]9 \# A4 V
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。

) R1 U) w% e! q- `6 x表1 待机功耗

2 {% `3 `( H* T0 @' }6 r% z表2 输出接1.5M 18AWG Cable100%负载下的输入特性

表3 效率测试（1.5M 18AWG Cable）

2 n, p6 G3 Y1 e表4 效率测试（PCB END）

表5 能效等级评估（1.5M 18AWG Cable）

- q5 d0 o( Y" S- a  g6 D4.2、输出特性：
; M0 a+ F8 d$ F# J
4.2.1、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 D) K2 m8 \
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。

! `- K2 ?6 {+ c$ z

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

9 V$ |  S4 }  Y8 n/ p

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

- G7 d+ ]" C# P* c* p

R&N @ AC264V/50Hz,No Load

$ l" r/ r$ v  T

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

# D- S4 g) y) }# L% e" `5 ^$ `; V4.3、保护功能：
+ F3 u0 S! Z! A/ f9 Z. d
以下涉及过流保护、短路保护的测试。

4.3.1、过流保护：

1 K, i8 K! |- _- I7 b4.3.2、短路保护：

功率计电流量程2.0A,开启平均值模式测量。
, v# `! ~8 N: f( f3 I
5 S7 i* }. P; d. F

9 n- e& D. X. r+ z% I+ j4.3.3、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。
" u1 |4 t% P; X* [! Q
; `% G- y8 U0 h& y

AC115V 发波周期12.6mS，Vo 最低15.6V

AC115V Peak_load 功能升频151.52KHZ

) n% q# S1 @  `  F1 I, p3 q) _

AC230V 发波周期11.2mS，Vo 最低18.2V

AC230V Peak_load 功能升频151.52KHZ

1 m# Q( _, I" R& e( Z4.4、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

; r0 G- t/ N* Z$ e

AC264V_5ms

AC264V_10ms

7 d# t  h, @# _+ b$ M4.5、系统延时时间测试：

/ O! G! T. T" F  a- B0 m6 _

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

3 z# b$ A/ O2 n7 E, L7 K

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

: [7 ^/ U! V' ~0 Y. f

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

  x, {* u; o' `, N0 ^

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

5 E0 X/ _9 C- S6 f; B8 A4.6、其它重要波形测试：

) X+ {7 g; b! @. o/ t* q, L

AC90/60Hz，100% Load CS 波形

- a2 u2 ]! u6 V. I& X

AC230/50Hz，100% Load Gate 波形

AC264/50Hz，100% Load 输出肖特基波形

AC264/50Hz，100% Load MOS-D 端波形

05、温升测试
2 q3 b% M9 @" M( B: D( G
测试条件：带外壳在40℃环温下长时间带载3A 老化。
' a/ L% [+ ^( b! q- |) Y/ K" G8 b

! d3 I" \+ j0 `: I4 t# b06、EMI 评估测试

: f( }2 ~$ [3 @/ h9 X2 N5 ~& R, O测试条件：
3 f9 s1 c% n. k9 l6 t; u* a6 [
! x9 @: e. R% L, c: S8 d. m输入：AC115V/230V；水泥电阻阻值6.67Ω，带线1.5M 18AWG 测试；
限值标准参考：EN55013、EN55022B。（测试结果仅供参考）
9 L; b6 u9 g2 V, w) k! P

AC115V 传导L 相

AC115V 传导N 相

3 \" I7 e% w; E  |, P" g( g

AC230V 传导L 相

AC230V 传导N 相

AC115V 辐射

AC230V 辐射