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

# o- L" v/ q5 q7 F& ]8 f
# Y+ |  f( q+ C" o% ~# 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。

01、样机介绍
4 k# `+ |4 u; u% g
9 s* b, ]6 x' C  J& V2 l+ e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 m% j! M7 K9 W  B: w

CR6890H_20V3A 工程样机示意图

) e) }  D# H. f/ s5 t6 N) O$ F/ HCR6890H 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。
, y7 w9 r3 V& @$ a' _
特性

* `( M1 _+ P: w  f较低的启动电流 (大约3μA)
2 }& V) F. s; o2 k" y5 Z3 B
: e) g! n4 G, V: q/ Y) x) Z* E内置软启动减少MOSFET应力
6 T% W6 {& T% I  T% P+ f5 I1 K
8 ~( i  G2 I4 i: C带有Peak_load 升频功能；

) T7 e, x# w; V4 m7 A- Y, _CCM+PFM控制模式
8 ]  I5 T7 @- E! {" d
内建同步斜坡补偿，消除次谐波震荡

! {5 n2 [8 C/ l# S9 `; b内建频率抖动功能，降低EMI
$ ~. D" g$ ]2 f7 p8 H9 Q: }- X# e
内置65kHz开关频率
3 Y' _+ x6 x7 t- D7 R5 K
* v; d) r' i; n0 {轻载降低工作频率
" g9 Q* w3 M1 X7 {$ e
15ms倍频模式

& B, j2 B9 b# M+ z2 [可编程外置过温保护并进入latch
2 K4 M& z7 c9 f' q/ y1 s
VDD过压保护和输出过压保护功能并进入latch
+ m+ o% X# R2 ?/ H1 Q% ]. W: a+ `% p
6 s6 e6 M+ y% M9 ^" q1 G. s% I内置前沿消隐电路
! g; W2 ^& v1 ^$ R& U7 B1 B0 I
1 L5 v% {( s- w( a$ x) ^内置输出二极管短路保护

6 j! f3 w: R/ n7 ], H$ y+ i内置过温保护并进入latch
5 Q6 @! |' X6 E) m
! l8 ^6 U' }# \9 }6 a; J+ x过载保护

SOT23-6L封装
1 Q! n5 w( `" P1 n6 j, {( |
% ^" x' ~, q) w% V! n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。
# I- m* X( M* R  v& ^9 m
基本应用

AC/DC适配器
2 A6 r0 @, `  }% g
电机类适配器
! S! T9 C1 _: v/ l/ x  l
充电器
9 i/ _. |; @- X
) V' H) j7 M$ i) |2 b, D( N9 n# }存储设备电源
" a( s5 H1 K# i' K4 I1 T" Q
3 C) s0 L( x6 Z% ?1 [) u) d典型应用
" i2 B: M% J' K7 e

7 ]7 Y: U$ F2 k. Z/ q) X2 d管脚排列
0 b, K( L* T/ p1 o- a
5 G* q/ A, a0 C/ ~

管脚描述

% p% ^6 }  s: j

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。

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。
! ^! ?/ R4 X4 [4 L5 l9 C1 _
02、样机特性
( K( y8 A* X$ K! S! s
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。
# S4 F& }- u' F- _) A; b
2.1、输入特性：
( ]3 O9 z+ E9 ^' z+ Q) g

7 t1 Z) K2 v  b
2.2、输出特性(PCB END)：
1 J# c- c+ |! \# b+ C+ a

1 g1 R* V; g3 J: U( U: {2.3、整机参数：

8 {1 o# n% g! Z* K& U. }. ^/ d2.4、保护功能测试：

# k# f9 U$ V. [# X# T2.5、工作环境：

- i; H! }4 Q" p
. @# Q8 P0 U' P' z: J# d2.6、测试仪器：

03、样机结构信息

0 H1 g2 g5 G# P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。

8 T3 G6 m* Y7 W% r% l3.1、电路原理图及BOM：
: w# W# h$ s; k/ @. W* B7 n
" h. l5 {- b0 p, X* \$ D7 Y+ J3.1.1、原理图：
- x2 G: i% Z: ~6 `- ^: C
- Y9 _. X( V: w

, Y5 ?7 K. q* v( T0 i" j( `! B3.1.2、元器件清单：
$ h" f" A5 Q* d2 T2 F3 j3 n7 V9 B
' l- q8 h0 \+ s1 @( u" f# ?! {

3.1.3、PCB 布局&布线：
) S$ ]0 Y4 ?6 P1 B* R! i

PCB 顶层布局

PCB 底层布局

PCB 底层布线

3.2、变压器绕制工艺：
: t1 x( z+ y: r) N6 \; ^0 Q. {
: S5 \8 U6 a( U  A; @& [$ j3.2.1 电路示意图：
3 _+ N; `# }7 L% l; E3 @2 m

& S7 d1 I$ h* Y) `( x3.2.2 、规格参数：
/ S" o  e7 _4 |6 U2 q: U- k& f
1）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；
% c) b7 `0 c- N4）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；
) q, r9 m0 u3 U) q8 Z8 G- y6）初级绕组感量Lp：0.6mH±5%（测试条件：0.3V，10kHz）；
8 n2 N* q4 c' q7）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）)；
4 v2 ?7 ]+ g, A5 `: V7 k8）耐压测试= 3.3KV 5mA 1Min；
5 F5 t" {) ]3 b9）成品要求:浸凡立水；

3.2.3、变压器参数:
* ?) s( o& _+ E+ g

3.2.4、变压器结构图：

2 J9 f, k8 Y* Z7 k& W  b04、性能测评
0 G6 a1 g* ~  Z* F
6 d5 }8 q; W2 G4 }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。
, B; v0 o) N1 F, e& G  T" ^# A8 F
3 y  z. I. c* t8 z/ g, _4.1、输入特性：
8 a. k, x1 A7 `3 o8 a4 U  j" F; `
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。
. G$ [- A; E: J
) q& t5 q1 [( g表1 待机功耗

2 s9 X9 G  j' G3 Y( [3 e表2 输出接1.5M 18AWG Cable100%负载下的输入特性
* L" K, \9 F2 K

表3 效率测试（1.5M 18AWG Cable）

表4 效率测试（PCB END）

3 w3 J& b9 v0 e0 N4 K表5 能效等级评估（1.5M 18AWG Cable）

4.2、输出特性：
+ b0 n* Q: d- B& n
, n# n; c" H, i# P. G! `4.2.1、线性调整率和负载调整率: （ 1.5M 18AWG Cable ）

. k7 ^# d6 ?& b. ~
/ X1 e- u8 r/ X. d  ]% f2 F2 `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。

6 F: s. Z: m5 P9 ~2 K# ]7 c

4 m$ S9 t9 o6 a0 f

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

/ ]; ]$ X  s# P6 a8 ?

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

7 c2 g3 d4 x0 W7 O

R&N @ AC264V/50Hz,No Load

7 I0 ^; |* `1 j: L# e

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

4.3、保护功能：
* n* W$ ~/ L, c) `1 T9 @+ y
, J# e8 y/ L+ @# ]以下涉及过流保护、短路保护的测试。
( s& F" y$ Q( }9 T4 L) E3 l1 L% |
4.3.1、过流保护：
2 P" G' M! u4 A9 _% k0 S
5 L8 _  V5 m( e/ C' M# y+ \4 X

4.3.2、短路保护：
- F3 u/ W0 u9 \3 o* Z
8 M& u3 k1 x( A. ?! i功率计电流量程2.0A,开启平均值模式测量。
" y/ r: l' a: H% j" r

& {. R1 p- w% {$ n  A4.3.3、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。
* c2 T/ {+ v& y

AC115V 发波周期12.6mS，Vo 最低15.6V

- E: z" i3 j  u  A7 g, T3 r

AC115V Peak_load 功能升频151.52KHZ

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：
! a& P5 O- _/ s% g4 c& Z
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

AC264V_5ms

AC264V_10ms

! V7 U6 q/ T- g; w( i1 s$ I4.5、系统延时时间测试：
7 g- t& Z3 f  m, k7 T0 S1 I
5 O  F" ?* j( `" c4 K

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

( }1 s. h5 {  ^4 N

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

) u3 S" ]$ S" ^2 X7 C

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

4.6、其它重要波形测试：

AC90/60Hz，100% Load CS 波形

AC230/50Hz，100% Load Gate 波形

3 x0 o# n$ W+ W. t

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
. \5 Y/ p3 u4 C: \
测试条件：带外壳在40℃环温下长时间带载3A 老化。
; G/ Q0 c, ^7 g/ `$ X% b  J

06、EMI 评估测试

测试条件：
0 u4 q9 H& R+ [& w
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）
- C$ ~& \0 _# `9 T0 L
( c# a5 p; ?" Q: `

AC115V 传导L 相

; S0 b# r' X' N/ u

AC115V 传导N 相

: X/ k% P* m/ @  Y) M

AC230V 传导L 相

# G/ C) z4 j( V4 n( y6 z

AC230V 传导N 相

' K5 n  g+ R( X. K  y

AC115V 辐射

AC230V 辐射