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

# c: X" Y6 Y" y, R
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。
8 k+ N4 u- _+ w" b
9 `4 D* z& f4 b! ]01、样机介绍

# ?6 R( ]5 v4 G  c- `) |; d4 m0 Q# F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

' P. t8 x/ v. u4 E, y% sCR6890H 芯片
2 O( w$ \  S; w! O1 e
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。
# o/ U( S$ o4 x$ [
& C( [% l5 M$ Y' u* \; O4 s特性
4 I6 }) k4 c: @. E8 [+ U$ u) Z
较低的启动电流 (大约3μA)
# `% n# X& Q% p$ u+ I% b7 i$ n3 m
内置软启动减少MOSFET应力

带有Peak_load 升频功能；
, I2 k1 }$ o( y  J; i
" C# J  i& G" a& fCCM+PFM控制模式
5 p3 P: U; d+ r% `% E
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

! a$ T& d& W% ^内置65kHz开关频率
$ C- A! {5 k3 }0 r* v! ~
轻载降低工作频率

  a6 D5 }) P4 q. ^. i+ M15ms倍频模式

可编程外置过温保护并进入latch

VDD过压保护和输出过压保护功能并进入latch
; M4 J& A! R6 J. t7 C/ y5 l& |
内置前沿消隐电路
1 L/ Q; `& D/ e; j
) D( d# F2 H7 \: l内置输出二极管短路保护

( u- B& Q2 ~- n6 r# c内置过温保护并进入latch

; Y; h; ?/ H( M, |/ O过载保护

SOT23-6L封装
. q! \3 I) F8 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。
3 C( r6 E5 k) _. q4 s( {/ T' R( y
  v3 V  z; {& E1 a+ ^* |  S基本应用
. ]. n+ t9 C0 K' I! G* K: Z! w, F
. ?- o' _+ q* y' x8 ?AC/DC适配器
, d& J, ~: e( O/ ]- a  j8 K8 K
# G/ c% K5 L+ R2 M: |1 I; E% ~1 v电机类适配器

充电器

, \$ F+ L& F1 t8 I1 x存储设备电源
0 M8 R2 d- B$ G0 q, o
典型应用

管脚排列

管脚描述
" T+ X& Z, X) r
- }- m, F( {& L1 L* I9 K" J2 c1 f0 @

( D& p+ h& |; S  F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。
  @8 ^% _2 Z, ?3 H
% u! i7 @! {1 |7 ~& e5 ^" i: h1 T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。

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。
8 z: Y; x# m( j) P
+ b; Z3 I- Y( s% E& o1 s3 Y02、样机特性
1 n& s9 }: x8 P! {( _3 Z& Z+ x
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：
& D2 u/ R& g5 I: O- e

0 ~. q8 {8 q  U- D
+ p8 f" e! G+ p& Q7 S* L2.2、输出特性(PCB END)：

* }: \! _' D  c- v$ h+ `! A+ v0 E! I: H2.3、整机参数：
' Q2 W; U, E- w) J/ \. M  ?

" \8 Z2 C9 s  O! }: G  T$ u2 a2.4、保护功能测试：

2.5、工作环境：
$ p& r( U+ [7 t% Z, l# P* s+ [) b

2.6、测试仪器：

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。
" L( q: D  ^& `0 l0 ~: ]9 c" J  k5 P
0 O; ?' o5 w+ U8 y# c2 G8 W* g3.1、电路原理图及BOM：

3.1.1、原理图：
4 q& V( ~4 t, {, Y$ m3 F
) g4 I: I2 z: L. o- r1 P) B' L

3.1.2、元器件清单：

$ Q* _* \" M+ s1 D: a% R' A

3.1.3、PCB 布局&布线：
. z  U. s7 K/ A9 y! G& e; {: K

PCB 顶层布局

PCB 底层布局

PCB 底层布线

3.2、变压器绕制工艺：
9 C7 r: q7 j- g( T2 H/ u2 c9 S- N' P
; t7 R, N+ ?" M" ]3 A. A3 C4 m6 q; ^3.2.1 电路示意图：

3.2.2 、规格参数：
7 u) l2 r, d9 q# v) j
1）骨架：PQ2620 磁芯（5+5PIN）,Ae＝119mm²；
$ v3 L& e0 s0 o2）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；
0 u2 E5 k3 Y2 |$ S7 L4）N1 N6 N7 绕组从变压器针脚B 进线从顶部A 出线，磁芯接地；
3 Z5 P& G" p1 g5 B3 \5）绝缘胶带:3M900 或同等材质；
: T9 r9 S6 k0 [- n; }6）初级绕组感量Lp：0.6mH±5%（测试条件：0.3V，10kHz）；
& o2 e9 \. ]# N7）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 g. T. [- T1 ^, F# M4 z8）耐压测试= 3.3KV 5mA 1Min；
# F% }1 q2 `9 [( E9）成品要求:浸凡立水；

3.2.3、变压器参数:

. \0 ^5 B+ `6 I: c, @4 P0 b3.2.4、变压器结构图：
, M5 l& F0 a; U8 g

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。
7 F5 V, {# [% f7 D
9 q0 W4 @6 o9 c4.1、输入特性：

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。

表1 待机功耗

7 i* N) H, r; k$ f( m' J表2 输出接1.5M 18AWG Cable100%负载下的输入特性
6 }( |5 h1 q: v

! s4 t7 X9 _0 c- l1 u( s) z表3 效率测试（1.5M 18AWG Cable）
; o) a* H3 C  |6 Q' Y) M

. ^$ R0 z* U- M5 `7 U! A2 R表4 效率测试（PCB END）
) v9 j3 ~' s9 Z) y4 A

表5 能效等级评估（1.5M 18AWG Cable）
% N4 F/ Q2 I# k; V$ N9 T1 T/ Q

3 {+ W. {$ y% ~" E: t4.2、输出特性：

2 C; _, I# |2 C- W4 A/ L4.2.1、线性调整率和负载调整率: （ 1.5M 18AWG Cable ）

4.2.2、输出电压纹波：

5 }9 W' r$ W- O' i1 ?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。
% Y( U; r1 C0 P& P+ ?' |

0 W% W6 d2 x( l

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

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

R&N @ AC264V/50Hz,No Load

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

4.3、保护功能：

以下涉及过流保护、短路保护的测试。

4.3.1、过流保护：
$ d8 K1 \* \: T9 m% f% f

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。

2 E$ |" E% n7 I) y  e

4.3.3、Peak_load 功能测试：
) F5 m; O& [3 A, a; X) D
3 Y5 P( M( l# {5 p. Z' ~7 p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。
7 g, K; n7 T0 u$ c* r  N

AC115V 发波周期12.6mS，Vo 最低15.6V

* Q+ U, h( V3 n# N  s# ?

AC115V Peak_load 功能升频151.52KHZ

6 _3 j* B8 F3 D' Z3 Z, c

AC230V 发波周期11.2mS，Vo 最低18.2V

AC230V Peak_load 功能升频151.52KHZ

8 v' @8 e7 e1 E6 V5 m4.4、动态测试：

% G  m9 Q2 u" @% _$ m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)
" P3 V4 X* A: ^: v7 X% N7 i  Q
$ D5 d# h3 ~2 Y: @( A& ?

AC90V_5ms

AC90V_10ms

  j2 z* L, N* n, ?  `, J" d. W

AC264V_5ms

( x) V5 [9 l, F) t" e) ?

AC264V_10ms

4.5、系统延时时间测试：

$ I  X7 C: e. n. J9 E

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

. {' n7 v5 w0 y- U# W. e9 _

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

( `  J+ O8 q! O: W6 _% k, C

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

. r# f) b* ~7 H8 U- i, r$ Z# s( V* y4.6、其它重要波形测试：
& K- G) T9 a0 Q( W
3 t) F4 q' q' i

AC90/60Hz，100% Load CS 波形

AC230/50Hz，100% Load Gate 波形

AC264/50Hz，100% Load 输出肖特基波形

4 K% i. G7 o8 O+ E* Z: s; d

AC264/50Hz，100% Load MOS-D 端波形

05、温升测试
4 d% G# }% H: ?
. W5 S! H, t* `测试条件：带外壳在40℃环温下长时间带载3A 老化。

06、EMI 评估测试

测试条件：
# `& v( h' O$ ^8 j$ d9 Z5 C
输入：AC115V/230V；水泥电阻阻值6.67Ω，带线1.5M 18AWG 测试；
+ T- F2 J( {' D: `4 C限值标准参考：EN55013、EN55022B。（测试结果仅供参考）

1 Z# w2 j5 l1 A9 t

AC115V 传导L 相

AC115V 传导N 相

* T3 h4 ^' M- n' R4 D+ K

AC230V 传导L 相

AC230V 传导N 相

0 i+ m2 l9 W, @" _* D- n& M

AC115V 辐射

AC230V 辐射