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两款国产IC强强联手,这份电源适配器方案绝了!

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发表于 2022-11-24 11:25:40 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 思睿达小妹妹 于 2022-11-24 11:45 编辑 / j. j1 b8 j/ V) `8 c4 ~2 [

- J1 q& J: u) Z3 Q1 V# s% \在之前的文章中,给大家介绍了基于本公司主推的国产芯片CR6890A 36W电源适配器方案,其中样机具有较高功率密度。能效方面,AC264V输入典型待机功耗仅58mW,1.5米18AWG输出平均效率>88.3%,能够满足六级能效标准;低纹波,低噪声,符合相关EMI规定。- N3 @% G  [9 H1 |; U) C

3 k! s+ |7 y+ g2 Y& A8 I2 U接下来,要详细的讲讲另一个方案——基于本公司主推的CR6890A 65W电源适配器方案。对比上面的方案,该方案又有何不同?一起来揭晓。: L7 J7 f7 u" G% ~

2 K  e/ l. s6 M+ C6 C1 b6 H7 _1、样机介绍
- c  i( h0 C* m. {% ]* ]& ^
5 I' q* N- r  h) k该报告是基于能够适用于宽输入电压范围,输出功率65W,恒压输出的电源适配器样机,PWM控制IC采用了本公司主推的CR6890A,同步整流IC为CR3012。
6 h8 o% {* p: s% C, D
. g2 o! n- Y$ ?7 n4 N
: d+ r  @/ [/ z! n- B# j0 A
CR6890A+CR3012_19V3.42A 工程样机示意图
CR6890A& m# l7 ?1 V! \8 r; f

4 m; R+ h2 b; g. jCR6890A是一款高集成度、低待机功耗的CCM+PFM+QR混合电流模式PWM 控制器。CR6890A轻载时会降低频率,最低频率22kHz可避免音频噪声。CR6890A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。CR6890A提供SOT23-6L的封装。
. `. B& |" U  H7 P# B' X
( M( B0 R3 g* |  G4 `: |! n芯片特性; ]0 x2 _0 ~4 B5 P9 j0 E  ~

6 ~9 ]8 ^! Q/ U9 b' \* A/ b. S● 较低的启动电流(大约3μA)1 B1 h3 k; l" o2 M  _1 U
+ @( r, w5 |( B  G! n
● 内置软启动减少MOSFET应力
! ?$ ]3 q" {% n& h  _, f; W  n4 d/ X+ s& d3 k9 D. a) k1 a
● CCM+PFM+QR控制模式  p2 `$ G6 h1 C# Q* H' p# [

9 z. l! T1 b$ U& P0 O/ ]● 内建同步斜坡补偿,消除次谐波震荡1 K; i# O( ^8 b4 H' u
! Q+ [, R# B8 P! I
● 内建频率抖动功能,降低EMI& @& a) _. ^* Y* z, U4 D

: E3 h2 |$ w6 `" o; f1 v* x! n● 内置65kHz开关频率
: E  V0 ?1 _6 W, q1 t: D; X* L% ^
● 轻载降低工作频率  U0 b5 H1 r  n& w1 n
. _- O% v8 L' a. m  M
● 可编程外置过温保护* _1 J& Z/ I  g+ G

! h, t; }* @* f: ?! @( G; r# j! R● VDD过压保护和输出过压保护功能
  W1 e5 r/ j* m  z7 T% g9 L
. |0 e3 m+ H6 d" ^4 j8 @● 内置前沿消隐电路
, z% j) k+ m( e5 H/ j% e. @) x3 I# w
● 内置输出二极管短路保护
* N7 q( C$ O# V3 s! C! e& X6 `
4 i, O: ]8 ~8 f- `4 ]. V2 K● 内置过温保护0 p' @+ z6 k  a7 @. t1 H1 H3 _( r! @
# L4 j$ P2 v$ e5 ^' i7 i
● 过载保护
4 @; e: T. E" ~2 f' ]+ T
: }) x$ W0 u4 [( g4 ~% G● SOT23-6L封装1 m8 V% u8 O4 \. B+ v

& n+ @' ^" z* _4 ~8 l  b3 O* c基本应用; o/ X) S* e, G! _% P6 R5 A

  O( N$ \5 C- m/ R● AC/DC适配器
# v' _8 j+ H  y4 N# a
# E) n4 `% G, ]6 y0 B( f0 d' i● 电视及监视器电源
1 h4 ]5 E2 G) X1 y) N
% J2 \- J; w# o; o3 H  H● 充电器. L- b( m8 e% a: V9 K
1 H5 J1 g8 C8 F6 U; d
● 存储设备电源
% }6 \2 W- p  O. Z+ T1 f* ~% H9 @( n9 {( v( ]) y) h. e
典型应用0 w3 T, M2 q# \# H5 l" y5 X' x
/ @4 n8 u, ~, ^! q6 U+ r# J4 C
管脚排列' X5 q8 \- g' V
; Z3 d) W% `$ d/ V' q: A- n

; I* }' j  k; z- n2 a; j/ t
管脚描述$ v) M7 [2 b( R8 v
CR3012' |; H5 S5 p# A7 k( Q
# G. A6 @6 @* H
芯片特性:
$ [2 G4 f' \; l! K* {
0 `9 P6 }# ]  W: C● 外置MOS SOP-8封装同步整流芯片,可工作于CCM、DCM 和QR 模式;. ~; c) t( B  q) d( V) T! s
● 最高工作频率400KHz,精简外围电路;
5 }8 P8 T+ M& W. U& V% x● 较低的工作电流和较高的系统效率满足能效要求。
; q1 J9 V3 O* [; p4 S6 s* ^" d3 E& R% ^% y- L
样机PCBA尺寸:107*45*28mm,是一款全电压实现19V3.42A输出的电源适配器。全电压输入时平均效率>91.6%;输出接18AWG1.5米线能够满足“COC_T2”能效标准。
3 i7 w0 ~5 e; r" i5 J$ r' V' i/ A% Q0 x+ G2 e
样机具有良好的动态负载能力;同时具有“软启动、QR、OCP、SCP、OVP、OTP自动恢复”等多种保护功能。2 {4 t. M. G- p* U

  f5 v, p. X/ E9 D0 @% f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。
* E6 Z( T7 H. {$ d% T# m) a0 \0 `  ~# y0 [5 K
2、样机特性
1 Z5 a3 g( Q( M
- w% |2 \' p; h2 O9 i- D  r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。; R2 g5 I4 a) g

9 z+ D9 b  m1 o6 H) R: |6 F2.1 输入特性:
& A5 @* h! G. g1 c" L% H

+ c! k7 o0 E& v3 N2.2 输出特性(PCB END):
% J) B% \" n! F
5 D1 R7 W2 ~6 K+ w+ T$ x- ]' `, o
2.3 整机参数:
2 _9 k9 X( H, q! r) g- h

- ~  \+ t) d& O8 Q  l4 t% x" n/ O7 H2.4 保护功能测试:
2 @0 T- {# d- V6 m& W) c0 m: A
4 g" z$ c2 Z8 Y1 B) E6 o# P' E
2.5 工作环境:/ A* G- m6 y; Z6 V/ `3 Y8 }
7 T3 E1 q9 p# G" I! C
2.6 测试仪器:
( G" G9 e# W" W+ J( ~6 y. n( Q+ [/ c
4 W* A; q0 J& \% M
3、样机结构信息
" ]  l, _, H# Y$ ^  J+ ^* f% t2 X0 R: h9 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。
* C  E, H+ w( \1 C8 L2 @9 ?. @# E9 O- `# \5 U  E# U2 b' u, P4 z
3.1 电路原理图及BOM:
3 m) y% l3 I0 j2 f/ v" t, \# c5 Z
* q" W9 `4 N1 d8 m+ A) o3.1.1 原理图:
1 o: H' J, C1 D+ _& r1 U
+ k/ q$ g% W8 l' @) w0 `' m
3.1.2 元器件清单:2 `' Y5 Y6 A! m, P+ U& b% O! t

1 ^: X$ e9 v6 c
) Q3 Y, N  ]0 q5 S! ]* q+ K
3.1.3 PCB 布局&布线:5 Q& i1 C( b/ M: `

& f" B7 R! k$ L# g1 p7 {
PCB 顶层布局

6 M; |4 u7 ?% N  P- p" r9 z
PCB 底层布局

% P) r9 o  }0 G5 L7 |2 w
PCB 底层布线
, q* M+ t4 S$ m* A/ a1 k0 X
3.2 变压器绕制工艺:$ j' {0 _0 J6 c  C/ D! A
6 E4 P/ ?& P3 a1 q
3.2.1 电路示意图和变压器结构图:
. v" i# T" Z' I1 K5 V! U
, d$ O: ~* G4 A8 B; Q+ w: |. S
; O1 Y0 ?: N: ^. Q" v" p1 {/ L7 ]
3.2.2 规格参数:
2 \# F# k, K* w; E$ \
+ S# x1 ?) |8 x: X- R1)骨架:PQ2620 磁芯(5+5PIN),Ae=119mm²;
* y: _/ U1 S" x. j2)材质:TDK PC40 或同等材质;
' A- S7 [' Y. v% t$ {% E- c) h3)初级、反馈: 2UEW 漆包线;次级: 三层绝缘线;8 j6 R! [4 D6 Z! h
4)次级绕组从变压器顶端进出线,磁芯接地;9 _5 h5 H- L- \+ u, e
5)绝缘胶带:3M900 或同等材质;% H7 ^6 Q: _& `! V
6)初级绕组感量Lp:0.63mH±5%(测试条件:0.3V,10kHz);
  n% o$ ~1 }) U( S" 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));
2 O; b2 G5 c5 c! `- `8)耐压测试= 3.3KV 5mA 1Min;2 z! ~0 T; \# }8 L7 P
9)成品要求:浸凡立水;7 u; s0 t( `. l' C

% J. _# ^2 S: i3.2.3 变压器参数:" L! r& ?; ]. W# l, y" C
7 o% R$ \" p! N1 U2 d" s( f7 M- W
4、性能评测: Y* j; G# k# \7 _" \

; D( q: a7 B9 |. [$ h! w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。- s& X. l# Z5 K6 U2 |, e+ ~: a" C
% S* [( @. x  e
4.1 输入特性:  y& _* h$ A+ x( l  p- O0 ]

: d% r: u2 Z7 H: a9 O2 R/ {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。
/ c, M7 L& k4 v+ v# k3 e7 g
& R- E% B1 u2 E+ j: l- g+ {表1 待机功耗$ F, t: `. ^, n0 v3 U/ e5 P
+ ^/ Q/ y2 g4 _( L, k
表2 输出接1.5M 18AWG Cable100%负载下的输入特性
6 ?- Z% ~1 ~! ]8 q8 M

/ b: Y. J9 {* n# F3 Q6 c表3 效率测试(1.5M 18AWG Cable)! y/ Y; m  n& Y. I, F& L/ t

/ m/ }$ u- l; j# ~表4 效率测试(PCB END)
* F! b- |* ~3 x6 }% W( H

7 k# \) b6 k" H/ K- X& c表5 能效等级评估(1.5M 16AWG Cable)0 \" ~7 a7 f0 g) I! h0 H- ]

. A: _- C5 U' R# K. |/ ~4.2 输出特性:, _+ |7 D. k0 F
) x* P. f! E9 p4 D+ ~5 H
4.2.1 线性调整率和负载调整率: ( 1.5M 18AWG Cable )( U* V2 ^6 c/ a2 `, d# [

, @- L3 x& H  F6 ~7 ?0 s0 ~4.2.1 输出电压纹波:  X$ q. o% C' j8 K; a
$ [: H/ u. v  `' X: ^* K3 N
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。9 R8 b3 j4 I* C, Q
1 P* O2 y" e; S: I
3 O: |  }* D' `1 n) X; z
R&N @ AC90V/60Hz,No Load
1 K+ N" S5 r4 \1 b+ P
R&N @ AC90V/60Hz,100% Load

% G) O) k7 M. {; A# l
R&N @ AC264V/60Hz,No Load
6 H; ?0 K" b6 g1 `4 P) M& U: e
R&N @ AC264V/60Hz,100% Load
4.3 保护功能:
. X5 i  s" b, V1 b( E/ d3 |; K2 z/ `
以下涉及过流保护、短路保护的测试。
/ _% z$ X, e  ^$ I
  `$ G7 M* P4 B) a; W' R4.3.1 过流保护:+ i( h3 Y3 s2 e# H$ l

0 ~3 W; ^$ f) |$ T* W4 C# s4.3.2 短路保护:
3 h/ {4 }" P* \5 ^6 g! S3 D! D+ J7 N! b+ K
功率计电流量程2.5A,开启平均值模式测量。
5 F1 m# y, e% Y; Z- W" H

/ A8 u# o  G- x- y4.3.3 输出过压保护:$ }( j7 g6 y1 |/ x/ Y+ Y! x6 L

% p% v  N, h% e短路光耦测1 和2 脚,测试输出电压波形。5 s3 y0 s3 q& |
. c5 k1 M; c8 U8 }' R) x! k0 Z
115V/60HZ 过压保护VO=21.8V
: y  B3 J& ~- I" }$ q  S! s/ ?
230V/50HZ 过压保护VO=21.6V
& u$ z& F% P7 E  s( ^( H$ l
4.4 动态测试:' `& f. w) w/ e; n5 ]% z
7 b8 u/ ]. a- s6 C
输出动态负载电流设置为3.42A 持续5ms/10ms,然后为0A 持续5ms/10ms 并持续循环,上升/下降设置为3A/us。(1.5M 18AWG Cable)
( I  n4 u% H2 C) G7 @& z5 U+ C& H# B( D9 }6 |% S
) p7 w$ w2 A, k5 ^
AC90V 5ms
4 k& U1 D* `% V6 g0 t" S) m3 {
AC90V 10ms

& l& P! e2 |1 u. ^% B: A
AC264V 5ms

, |4 i6 q$ m, J0 Z. k
AC264V 10ms
4.5 系统延时时间测试:8 I# B6 |5 h% A4 ~, T+ y

3 K2 l/ @6 m; U
4 U9 W, l9 k8 u: O
TON_DELAY @ AC100V,100% Load

/ A! p  R: I8 P% F* ]( K# }
TON_DELAY @ AC240V,100% Load
& x3 o$ y: I$ }, ^! s
THOLD_UP @ AC100V,100% Load

, B8 o+ x6 C8 a; a2 Q
THOLD_UP @ AC240V,100% Load

0 ]) O, I9 u! G: {; J4.6 其它重要波形测试:
0 j5 {0 t4 o6 Y, _6 @
+ [& u' Y! q0 N. z初级波形:MOS DRAIN(紫色)端、CS(蓝色)6 U: m  y* @2 T7 y$ e

% I& y% [7 f5 c% @9 I2 ^3 s6 x1 f
AC90/60Hz,100% Load

2 _) G9 y7 ^9 E* O
AC115/60Hz,100% Load

. y3 Q9 ~' ^4 n/ F+ o4 @
AC230/50Hz,100% Load
* q' \+ w: B. |# }% a6 R  E
AC264/50Hz,100% Load
) V6 j: S- d0 @% K" }9 g8 y
次级波形:MOS DRAIN(紫色)端、驱动(蓝色)
* p" C" J7 p% z, Y' B& f  ~7 }
AC90/60Hz,100% Load

( e9 j$ v; W8 w0 L% f
AC115/60Hz,100% Load

3 E2 z$ b% ?* z  f: ]
AC230/50Hz,100% Load
. V3 C% N8 [5 ?/ c# d2 R
AC264/50Hz,100% Load

+ ^) d3 X0 b2 c% ^5、EMI 评估测试+ ^0 V3 L6 [1 j) s
# P. o4 y" \2 Q6 _0 W" y& D
测试条件:
$ _( E2 _0 d, p/ L2 s输入:AC115V-60HZ/230V-50Hz;
2 w) g9 n0 l# ~输出负载 200W 5.55Ω大功率电阻; " W' ~# a# Z, x9 i
限值标准参考:EN55013、EN55022B。(辐射测试结果仅供参考)
( q: M2 p3 [& @- @
  x4 L3 [6 K$ D6 x! n; |
AC115V/60Hz 传导 L 相

1 N4 l- {% \' z6 z% R
AC115V/60Hz 传导 N 相
3 w5 N9 j. \! s1 @2 F$ P
AC230V/50Hz 传导 L 相

0 d  ?$ Z1 K4 u
AC230V/50Hz 传导 N 相

* z2 w' h; n5 Z; b0 ~8 }
AC115V/60Hz 辐射测试
$ i2 V6 f* {- c; j. ]8 f
AC230V/50Hz 辐射测试
: |$ L1 \2 u2 P: c
9 `$ `2 Y# B) r. a( o. u
( v" N9 r" J( g. Y

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