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

$ {% _' V7 h# y2 {% B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。
' G. E' [* M9 D: z; p# _% k
! _& k$ q- g6 [& X01、样机介绍
+ _# _$ f# ?/ c3 h9 y+ u
$ S2 g- ~% {; I- y! |6 `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。

4 ]/ i. i1 Z. }

CR6890H_20V3A 工程样机示意图

+ _# j# j8 `/ K, B: QCR6890H 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。
! T3 `9 @6 f* [. I8 U! m
& m7 @! ]. _1 M4 {3 b' Z特性
! q. b9 i( q5 C+ N9 c1 A
/ ?0 G% G  G* Q8 f+ X较低的启动电流 (大约3μA)
9 X, ^  v- t' I$ V
内置软启动减少MOSFET应力
. ]3 I! d/ `; R. J; e
( C& v4 P0 B( N+ {% P/ u& y带有Peak_load 升频功能；
# T/ C# o. p# b7 r, B8 O9 v: j1 h- D! j
CCM+PFM控制模式

2 l8 T% `3 A0 B. f3 L; L内建同步斜坡补偿，消除次谐波震荡

' ^. G3 v, s) q5 {& I  M; {9 T内建频率抖动功能，降低EMI

+ |% W( E$ q" u内置65kHz开关频率

轻载降低工作频率

15ms倍频模式

可编程外置过温保护并进入latch
6 F" d- l( u/ z2 [. M, j) R
% u4 q4 w% L4 G, v7 lVDD过压保护和输出过压保护功能并进入latch

内置前沿消隐电路

内置输出二极管短路保护
3 [+ a7 `2 F* p
* l% M7 t' N6 x内置过温保护并进入latch

+ A/ y7 {" Q- v过载保护

8 v/ K, u/ l1 u/ x' l1 YSOT23-6L封装

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。
+ z. r1 X. O4 H7 h$ v% [
基本应用

- R8 t) {: m. }) B: Z& x/ i2 }AC/DC适配器

电机类适配器

9 h4 ?- B" g+ n9 O9 @6 ^充电器
; K6 J& `- a" ~4 d9 a4 G: E
存储设备电源

典型应用
* t$ @6 p2 n3 F- H* t% R
" j! o1 T$ D- z% z1 c7 D/ ]/ W8 a

0 }/ y4 o, d7 e3 `- u% ~管脚排列

管脚描述
& A6 ]4 I% k' Z' q: t
* Q& N3 e% G5 E) }) J* h4 Q: I$ n

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。

# a+ v- r( {% c" |3 @) f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。
4 H8 I! e# b% A1 u# B! g$ `
02、样机特性

' w. M1 R  }, x8 ]. t4 T, y  w0 y6 G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。
) K/ ^. V0 u. }0 X+ w" Y
& S) l$ _; Q& L5 K2.1、输入特性：
" \8 ]9 M. z3 Y& q" Y5 Q

2.2、输出特性(PCB END)：

" G9 l2 |' k9 ]3 l- \
8 w7 K) ^8 _' n2 E# F6 U' x2.3、整机参数：
5 ]0 N1 E- y5 G2 s* `

9 o1 J/ m. a/ N1 X2 X" X2.4、保护功能测试：
) M/ `5 f7 A6 c2 l

2.5、工作环境：

% A* `! G: I% C
2.6、测试仪器：
5 y7 h/ q$ b( U% u( _$ W2 z4 V. y

03、样机结构信息

2 l+ f; H% t$ D4 g1 ?& R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。

, e. f6 u1 I. i- S. I3.1、电路原理图及BOM：
  A6 E8 I) S+ \! B8 A1 a
; v) L' w1 x3 n0 h8 x3.1.1、原理图：

8 D1 I# T+ O) e2 }: |

( U3 E! h6 C$ r' |& T3.1.2、元器件清单：

! o4 s9 ]  D1 U, B) f; w8 h

3.1.3、PCB 布局&布线：
+ b! z1 b6 [* A5 {% A) v

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 C# w" E9 J; g6 ~  n: T3.2.1 电路示意图：
" t! Z: e7 }" ?% B' _' l

- V! ?( g3 p  _6 p  c8 {$ a& @& _' G3.2.2 、规格参数：
2 s1 z5 v( o% E6 w& s
( q2 b8 Y8 B* `1）骨架：PQ2620 磁芯（5+5PIN）,Ae＝119mm²；
! B( K" K, ?8 K4 V; G2 w, `) T8 Z2）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）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）；
7 j: B2 O2 _: o- G9 g, z( V* I7）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）)；
& J* `8 Q  o% Z' m. `; B6 R8）耐压测试= 3.3KV 5mA 1Min；
9）成品要求:浸凡立水；

3.2.3、变压器参数:

; o& v1 a0 ^1 w3.2.4、变压器结构图：
0 l3 H. V7 m/ t' C6 ^

04、性能测评
- }! r# L: y; K3 C. t) R
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。

+ C, ^0 Q8 [! s+ C8 l5 S: ?) u1 H) ?1 _4.1、输入特性：
8 {; C% L( ^' i, p
! C5 q( u  n" G1 H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。
/ N, \7 y2 U1 K2 f% \7 L9 m
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）

  E0 K7 u  O7 `表4 效率测试（PCB END）
' e; J, Q% x+ M! S" K1 I

表5 能效等级评估（1.5M 18AWG Cable）
5 d& B' ]) a0 z0 B! N6 e4 V

0 {) d: x9 Z! {$ {5 c4.2、输出特性：
7 Z2 D2 j, V' O7 b
% C2 k# p- d: y% m" Z4 M. H4.2.1、线性调整率和负载调整率: （ 1.5M 18AWG Cable ）

4.2.2、输出电压纹波：
' ?& M# b2 x; h+ m! e' E
: `1 y. [/ |  q4 o4 g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 c$ t9 J6 m2 m1 s' L

0 x' ]2 z7 l8 {6 Q. h

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

$ U* o: |5 t4 S7 Z1 ~: M

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

* Y5 w% _% O1 c1 t

R&N @ AC264V/50Hz,No Load

) o8 C! _" P! F  s1 J

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。
2 U  `9 H' P# m* H6 w: Z
$ d: T, F! |) h3 R/ y! x4.3.1、过流保护：

8 v1 z9 S) d$ x0 `" n% @4.3.2、短路保护：

  O# R2 ?& e5 T, ^9 k1 F2 }功率计电流量程2.0A,开启平均值模式测量。

4.3.3、Peak_load 功能测试：
7 X( v$ J$ Z! W, `$ h
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。
* y8 L' [' I2 ?) ~
) f6 W! o% `$ `, Y7 d. f, u

AC115V 发波周期12.6mS，Vo 最低15.6V

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：
" s* U( V+ x0 Q; |+ T/ `
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)
: w" b7 M: w6 l: ~  z  V+ V* W, N
3 [4 r2 j3 e% P, Y

AC90V_5ms

AC90V_10ms

AC264V_5ms

AC264V_10ms

4.5、系统延时时间测试：

3 s2 y0 [4 ?& W5 k; I

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

' f' s, g: p( g/ X" r  {

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

* X  ?) @5 q$ A$ m) T3 b/ @4.6、其它重要波形测试：
- r0 i/ a' F; L* c3 \% ?7 X" F; C
! t1 ]6 g4 E2 h+ E7 [- c

AC90/60Hz，100% Load CS 波形

) W+ a. U: l/ i* T. y

AC230/50Hz，100% Load Gate 波形

AC264/50Hz，100% Load 输出肖特基波形

7 R* h, G9 g" o# V

AC264/50Hz，100% Load MOS-D 端波形

05、温升测试

测试条件：带外壳在40℃环温下长时间带载3A 老化。
1 j6 y6 W3 g0 a: l  i

, J0 {5 n$ ^' F$ z7 ?+ n- d06、EMI 评估测试
6 X" v: p/ L1 x  R! _3 k: E$ o
' J* Y. W7 _* L' y$ I$ M* Z4 f测试条件：
: }  }* v1 O- Y, z; _7 H
, P% p# t. c+ M$ l( ?3 {& t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）
$ _: n8 T  |( s$ g! w
" f  k$ _- ~7 [: |  A

AC115V 传导L 相

: c5 W+ _$ l' _# a: b, {/ o

AC115V 传导N 相

AC230V 传导L 相

AC230V 传导N 相

AC115V 辐射

AC230V 辐射