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。

01、样机介绍
% ?) J4 m. z1 h  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。
9 P3 C1 o" y6 ?% k8 X5 n- Q
+ P* G+ M+ h3 O2 j* h1 Z- {

CR6890H_20V3A 工程样机示意图

CR6890H 芯片
3 I3 x# V' r, x2 |1 @
2 S6 m$ _! Z# p4 F. xCR6890H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。
* F$ G2 t) \  R, B1 ?6 Y
1 G1 I0 F, b& T' V+ c特性
/ o9 L7 Q& t; s. e) g
$ \5 b- T4 r( \1 D( C较低的启动电流 (大约3μA)

: U: y* o3 c5 N0 c* p内置软启动减少MOSFET应力

带有Peak_load 升频功能；

CCM+PFM控制模式

内建同步斜坡补偿，消除次谐波震荡

8 U4 o7 k' r& N4 [+ N7 V& M内建频率抖动功能，降低EMI
! h6 d" E% ]! n; p& u! C
5 }. \, m$ n& x6 m* d3 _; F' h内置65kHz开关频率

轻载降低工作频率
+ c; A/ k; {$ q; q; p
8 H3 \1 r, C. t* o6 y* P0 T15ms倍频模式
' L3 Q- u7 a; z
可编程外置过温保护并进入latch
0 b% [" r, Y- V3 i
VDD过压保护和输出过压保护功能并进入latch
3 c: m$ Y: ^  W
" T+ D1 y% n+ D7 ~) U* i内置前沿消隐电路

! X# a, y0 `  f7 M7 u0 T" z内置输出二极管短路保护

) c1 R* N; g6 s4 Y1 R0 v% U1 u内置过温保护并进入latch
: `0 \" ?; D! A2 z8 c
过载保护

2 I0 p& M+ c# i' Z& i6 jSOT23-6L封装
- q$ k: u8 v, c( g& _4 u2 Z9 u
0 g, ]" x0 ~1 ^% c1 M# L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。
- L/ R+ X. n/ o! ^, Q8 b, H
- }& a* U' L, T3 i- L6 X* {/ ~基本应用
% V' W. n8 M7 X& O; g
AC/DC适配器

电机类适配器
: q7 ?/ j( C' c3 {% m) {3 Q. P+ M
/ e- V2 T6 b, X- y充电器

* y* m7 z, r7 F3 x7 d存储设备电源

/ B3 a) _7 X: T! w  }2 w典型应用
! g+ P" S9 m) {) K
6 {: {% ^' [/ @9 k" O. c

管脚排列

/ Q/ m; B; ^; l% _9 n: s1 _& j

管脚描述
) {% G/ j, F4 v5 ^* k

2 ]- d/ b! ^0 k  o, B/ e4 k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。

6 l* h3 e* W; j8 F) Z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。

- B* f) k' r! R* M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。

& D5 g6 P$ t/ r3 a) L/ f% C02、样机特性

  a! I' r% @1 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。
) v8 y5 l1 X, P5 s1 Z
' T: s) r) N# }. s0 |2.1、输入特性：
; C' [" c  Y/ O/ J% {

5 @( l: @7 v& u4 p1 N. }5 V
2 {0 p  P% U" P0 o3 T2.2、输出特性(PCB END)：

) l8 n6 z1 u% R" o
2.3、整机参数：

2 P5 e- v; A) j" z: Q2.4、保护功能测试：
  Q+ ]* b0 y# \' W

8 T/ ^5 {# P* b9 M' G) F- w2 e2.5、工作环境：

* r+ y8 w# A, q; V$ K' ]
# X1 Q7 D- D. E* }8 Y) C  `2.6、测试仪器：
0 Z2 j& g" M" i9 g3 S* i) O

03、样机结构信息

( L: k' N. {2 k/ {. E$ D7 ~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。

; _' F  n8 |0 Z5 `. ^  C3.1、电路原理图及BOM：

3.1.1、原理图：

, i& ?4 W2 C9 j1 v6 m3.1.2、元器件清单：
, y6 f" ]9 }. d; G2 W4 p
4 D2 q9 {; x4 T4 N* J7 y$ o& D

3.1.3、PCB 布局&布线：

PCB 顶层布局

PCB 底层布局

PCB 底层布线

3.2、变压器绕制工艺：
3 Q( ~7 W; T: c( z5 H6 i% y
' b: |5 I8 m- d* `& \3.2.1 电路示意图：
$ z! N' g+ B1 ~" M9 r# ]

) P! H  b9 e' q3.2.2 、规格参数：

6 G. o  B2 h% }# j% V8 v& c" d1）骨架：PQ2620 磁芯（5+5PIN）,Ae＝119mm²；
- Y( V! p0 i6 U3 E2）材质：TDK PC40 或同等材质；
9 V2 k5 b/ _6 g# k( V7 w6 J3）初级、反馈: 2UEW 漆包线；次级: 三层绝缘线；
+ |, C5 c0 R5 a; r4）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）；
! J! G6 v2 M! A5 m, }. k; 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；
1 a. Y5 e; [4 V/ I1 Z. F6 w: Q9）成品要求:浸凡立水；
+ g( X, ^7 t$ ~0 W8 J
3.2.3、变压器参数:
' R8 S/ {9 u* W5 N* D* C- v
3 i- ^9 ^$ B- Z( @

. G2 M1 b! [, ]0 j6 L# ?6 u* S/ k3.2.4、变压器结构图：
6 x0 z( c; N) L* o, B' o7 c3 S

  h+ A! R6 V0 A( r3 e; d04、性能测评
7 X9 k5 E5 E2 @0 t! V1 c2 J- I
! Q7 P+ {) J1 M7 ~& v) Z5 J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。

- O2 p, B, E" }. i' ~4.1、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。
' L& i" g7 f- u
# Y: d- Z: E9 M表1 待机功耗
- a) v) v# j9 C/ \+ D. K& B

  H8 `$ E% H  A; b5 o表2 输出接1.5M 18AWG Cable100%负载下的输入特性
" [% L6 M# R, L/ }

$ ]: ~- w) j3 r  H表3 效率测试（1.5M 18AWG Cable）
" F+ y* J. d- N/ c' G+ U5 v

, j- V  x! t4 u: N表4 效率测试（PCB END）

表5 能效等级评估（1.5M 18AWG Cable）
( i% K$ |! N, I7 L

4.2、输出特性：

8 o9 ^7 k/ N- v$ ?2 U7 F4.2.1、线性调整率和负载调整率: （ 1.5M 18AWG Cable ）

4.2.2、输出电压纹波：

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。

; ]% h' M# }6 x6 y1 I8 p+ [

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

7 A# u6 v9 Y/ f% d) @; o, W+ ~9 D

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

* D+ o) f4 I& p/ l) i$ I

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。
3 o  g( @) f$ _0 N" L1 X/ ?
+ A1 I/ e! F% b2 @) h* @0 m) c8 v4.3.1、过流保护：

$ g6 h  }  o+ j

4 r& P! i4 Q' A0 r7 ?. g4.3.2、短路保护：
: O+ x4 R+ o2 J0 h* Q! V
2 c2 _  K* f* y' x* C功率计电流量程2.0A,开启平均值模式测量。
- g6 ]! \. d4 r& u- t
' s$ ?& h7 j' _  A' w

4.3.3、Peak_load 功能测试：
2 e' E% m4 i6 ]) o
& R  `0 O" ^: w! {, F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。
9 `, }6 K' @2 ~" r
3 s( \4 K- Y- F: W8 E* u7 h

AC115V 发波周期12.6mS，Vo 最低15.6V

AC115V Peak_load 功能升频151.52KHZ

# }/ g7 c" x; _

AC230V 发波周期11.2mS，Vo 最低18.2V

AC230V Peak_load 功能升频151.52KHZ

  z' u" C  a; v# U& D4.4、动态测试：
7 Z( @* z1 b: l6 [) S% _/ i- v1 D! }
5 c4 }8 U: i* P7 x  B: k! k1 m% u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

$ N' }% ?5 H2 n8 ?) |2 v) S  X

AC264V_5ms

AC264V_10ms

: f. ^! @' }& j' W. f4.5、系统延时时间测试：
3 U+ L- `1 S: x# _; ]( m

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

8 z% c7 V) M7 D% B* ?0 e

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

7 R! z( H/ k% r# k) a/ l

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

0 {% @: u. H4 Y4.6、其它重要波形测试：
: U! S# c* K& d* U
# @  [5 j* A* U* z( q" C+ z

AC90/60Hz，100% Load CS 波形

0 K+ r2 }& k2 e/ |

AC230/50Hz，100% Load Gate 波形

$ [3 M2 Z: N- F7 h* V8 k0 q4 U$ O  K# n

AC264/50Hz，100% Load 输出肖特基波形

# |/ R& V+ ]2 p

AC264/50Hz，100% Load MOS-D 端波形

05、温升测试
) Y' o, S# h. M( N) A; B8 k! n8 q9 M
测试条件：带外壳在40℃环温下长时间带载3A 老化。

# N9 T6 S7 K- p9 T3 D06、EMI 评估测试

测试条件：

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）
; b. I: Y. w* D3 t: y; W1 V+ k

AC115V 传导L 相

6 `6 ]- G, ^" o, U, ?2 u6 }

AC115V 传导N 相

% o9 w+ B. n( h/ ], n4 r0 c2 C

AC230V 传导L 相

+ B: p% E! @% P

AC230V 传导N 相

8 L9 y0 B' e  S- c) q

AC115V 辐射

AC230V 辐射