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

* k5 a, Q' o: W3 g& w2 ^4 t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。

/ o: _# z. U- l- n01、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。

1 H1 N& o  \8 e  h

CR6890H_20V3A 工程样机示意图

CR6890H 芯片
: O2 q6 n- x$ J; Q/ n* n! h- f6 [
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。

/ K6 k% r, v+ l3 J9 F: G特性

8 O( t6 N6 h1 @1 t8 U较低的启动电流 (大约3μA)
& O! R& J7 Z; A5 c
内置软启动减少MOSFET应力
3 R9 {4 W& V/ C" O2 p1 b# B$ q
带有Peak_load 升频功能；
! @2 p+ p) t' L9 X4 d) e
  ?5 q9 c( |. p) o  G: `CCM+PFM控制模式
) [5 J* a' R  y* O
6 \  v3 B! _3 M! k: F& e& D  |内建同步斜坡补偿，消除次谐波震荡
1 x: o" u0 P) h2 c; |8 P, U7 ?- ?
内建频率抖动功能，降低EMI
, p* J0 K; p9 X- T
内置65kHz开关频率
5 h$ P1 ^- ^6 T" g4 A
轻载降低工作频率

15ms倍频模式

; z9 w& S# p6 m6 z6 F- M可编程外置过温保护并进入latch
# Z  ?# D* Y" W. D8 u
5 \9 o# h- u2 y( B8 K! i# h2 SVDD过压保护和输出过压保护功能并进入latch
6 f" o. K; B( c5 M  j6 b* _! e
& |/ u" g1 b2 [# Q内置前沿消隐电路

3 `5 N; J8 o: o6 y/ ]0 h! G7 K4 e内置输出二极管短路保护

' o0 p5 x% s3 M( E& _/ f+ s内置过温保护并进入latch
' ~& x8 @* B9 U" w0 f
过载保护
) b# T, v; c1 V
% R3 e0 J+ G8 K% {SOT23-6L封装
# e- h3 L2 B/ n- X" c
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

AC/DC适配器

, t1 d0 a5 @+ P电机类适配器

5 i0 z5 r1 {$ B1 P) A充电器

+ w/ @) R. \$ H  W  F: X7 C2 J存储设备电源
& M1 J! n" w0 P
典型应用
  l6 B0 S5 j  @  l( I' m% i
, _. i- o5 o# {$ ~3 D

: k0 M9 ?" m. i. p管脚排列

  g1 U- G7 @$ i' B: K& J4 I

管脚描述

* u  [# u! E& {1 z5 C; P' F1 [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。
' L! k: L, a& E; {4 ~' f
! L2 O( A1 B8 V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。
+ w1 n$ K4 B+ ~) l) a7 m4 o% S
: K3 g# y* C6 p3 l. T; B3 ]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 R4 T9 e8 O* t5 m9 T
02、样机特性
1 X2 E0 |6 k6 b+ L) x1 A
& o& Y, j: U" F% b* N! f3 b# Z% Z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：

2.2、输出特性(PCB END)：
' @/ k9 U, O& k4 r

- o& G8 h0 Z8 j+ E* N& [' l2.3、整机参数：
$ U! f6 o" \& {4 U3 D+ b, D7 x; N

2.4、保护功能测试：

2.5、工作环境：

* Q" F( p  C! w" U2 |- c2.6、测试仪器：
" `5 K7 O5 I* N/ Y8 O3 E3 i& d3 C

03、样机结构信息

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。
* V; L7 n; q7 Z3 T6 e4 e5 D+ w
3.1、电路原理图及BOM：

3.1.1、原理图：
2 {2 P5 [1 _3 f3 J

3.1.2、元器件清单：

3.1.3、PCB 布局&布线：

PCB 顶层布局

, L' N" }4 N, A4 o! ~* M

PCB 底层布局

PCB 底层布线

3.2、变压器绕制工艺：

8 e# L, g8 f3 ~% }0 l3.2.1 电路示意图：
+ V9 C. h. M6 I+ l1 P/ z

3.2.2 、规格参数：

6 g. s1 W" [! @/ z9 P: T1）骨架：PQ2620 磁芯（5+5PIN）,Ae＝119mm²；
0 \8 \% `' j% @+ O& J2 j; I2）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 `1 i, l7 `. L* q  A) {! W4 K6 f4）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；
6）初级绕组感量Lp：0.6mH±5%（测试条件：0.3V，10kHz）；
6 o. I* G! O" s' `  m+ R) 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）)；
8）耐压测试= 3.3KV 5mA 1Min；
2 W! \- n+ k# E9）成品要求:浸凡立水；
$ L% w/ u5 T. R* d. _3 D9 r
3.2.3、变压器参数:

3 Z/ z( }% ^+ i+ U

3.2.4、变压器结构图：
  D4 B" j0 {. {( z: G# E

04、性能测评
2 Z6 C$ W+ {3 r5 m2 _$ T
7 a. K5 Y7 }* U5 f7 T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。

4 y6 Q6 ^: _7 A; Q2 }4.1、输入特性：

: v& f# g2 r1 B4 N4 ]6 b$ z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。

4 p3 @8 G; _" v9 q, z表1 待机功耗

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）

* p! r9 ?/ S! }% a& K7 n表4 效率测试（PCB END）
% F$ j& \9 `- S$ M5 [5 ?

表5 能效等级评估（1.5M 18AWG Cable）

" |: L- H+ q: r/ L4.2、输出特性：

4.2.1、线性调整率和负载调整率: （ 1.5M 18AWG Cable ）
8 a  m1 \! z8 x/ q

4.2.2、输出电压纹波：
8 T  n7 M3 P6 K* L* t
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。
6 ?8 C2 Q5 S  _# O8 k+ Z  m

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

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

R&N @ AC264V/50Hz,No Load

) r: i$ ~% t$ n* S7 N

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

4.3、保护功能：

7 h- G+ z/ \5 Q. J3 Z以下涉及过流保护、短路保护的测试。
! _  j9 i! A8 m$ `0 z6 t! L
4.3.1、过流保护：
% }. ?2 m- W% B9 G+ _+ ^
3 O# c- y$ U9 X+ F) Z. B) o! X

* D2 _( ~* K% O& S2 H" r& k7 r4.3.2、短路保护：
' i$ Q2 o  T/ U  L
功率计电流量程2.0A,开启平均值模式测量。
8 t/ T6 {# y: Y+ }7 s  ]$ V% ?4 z
( k5 ]: i  b/ y

4.3.3、Peak_load 功能测试：
9 ~# B$ I2 r1 z( T5 X
2 H7 ^0 `* B# o  D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。
( V4 V' o' O+ N1 j. c

AC115V 发波周期12.6mS，Vo 最低15.6V

0 W: h- S& O. K4 s4 T. t! U- u9 D3 q

AC115V Peak_load 功能升频151.52KHZ

: ~: L4 X% c5 e0 l1 K+ s+ L

AC230V 发波周期11.2mS，Vo 最低18.2V

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)
1 j4 L9 A- J! |% R" y

AC90V_5ms

AC90V_10ms

6 l% S) Z& `9 M1 H; o; p

AC264V_5ms

AC264V_10ms

4.5、系统延时时间测试：
& u+ w+ O$ q9 r% {8 E3 A' T, x
/ F2 d! s: k* ]/ R. y1 Z: p

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

) w  U/ y) x% K  O8 E) U1 y( v

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

4.6、其它重要波形测试：

4 ]: \. U7 h+ t! J% l3 h

AC90/60Hz，100% Load CS 波形

AC230/50Hz，100% Load Gate 波形

. o1 K, i: t0 N& l4 ?" a2 ^

AC264/50Hz，100% Load 输出肖特基波形

, q1 m7 V/ h2 W5 I2 G7 T

AC264/50Hz，100% Load MOS-D 端波形

( j; b/ A9 d+ S$ W$ c3 s3 j05、温升测试

5 o/ D4 R. D* y; Y, s# l测试条件：带外壳在40℃环温下长时间带载3A 老化。
0 e! d" }: }( O" a

06、EMI 评估测试
9 z. J7 S; j3 v& A  x# d) N; Y
测试条件：

4 N( ~1 d9 U' m2 ]. F# k输入：AC115V/230V；水泥电阻阻值6.67Ω，带线1.5M 18AWG 测试；
4 `  r; t) I' j( \1 p/ U/ n) X限值标准参考：EN55013、EN55022B。（测试结果仅供参考）

9 U9 r. w1 Z9 y* ^" z

AC115V 传导L 相

AC115V 传导N 相

AC230V 传导L 相

AC230V 传导N 相

; u5 B. s, ^* H. E+ W+ S

AC115V 辐射

4 p  }" Z" A' t2 ]- \

AC230V 辐射