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

/ X% H& B- Y5 J6 ^
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。

9 v) H" Y" ?, m01、样机介绍

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。

6 ]7 x, t+ x* R6 t

CR6890H_20V3A 工程样机示意图

CR6890H 芯片
& h& A" n$ L! s9 q1 \5 A
2 d# E  F: H& F0 v8 OCR6890H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。
0 F+ {! t% r) N  t0 n. ?) M0 z8 b
特性

较低的启动电流 (大约3μA)
% R1 k6 R. q4 C7 F
内置软启动减少MOSFET应力

带有Peak_load 升频功能；
! }% c" h2 ], y
5 j: g2 U; y3 c& `8 V+ B5 z7 L: Y+ ICCM+PFM控制模式

内建同步斜坡补偿，消除次谐波震荡
+ a. n# z5 W, ]' W' T, k- f
$ J$ A! I, C+ M0 D' H内建频率抖动功能，降低EMI
+ x5 X( `5 h5 t$ o9 y0 l
5 r* N4 ^+ m/ M$ L; r内置65kHz开关频率

/ i6 i0 A( |1 {4 W! m+ K轻载降低工作频率

" N$ w1 j; z$ M2 b0 Z" |4 T15ms倍频模式
" g- t: J9 n( W" V! h
& p0 V$ r; d/ Z5 s9 B) X& P可编程外置过温保护并进入latch

( x2 g; a: \# C/ n' ~/ T' TVDD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
* Z& T* [0 C' i" ]" |
内置过温保护并进入latch

6 e4 a; i) }! o过载保护
. m9 M$ _# y& v+ Y6 A; B: P
4 c  g; {. l5 v! ~+ sSOT23-6L封装
! ~" h  l; G7 g$ x- R
/ ~& U8 k) o9 Y. t( s  A( `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。
5 }" ~+ {2 r7 y7 k
! |5 R/ X5 {, J- ~7 L& R; h基本应用

- s# f; [; B( B. QAC/DC适配器

电机类适配器
; T3 _8 g% E1 |, L: Y
! }4 t! ]$ F2 J2 m# N9 v充电器

3 w8 ~- O; d$ t# L8 i% A7 ~存储设备电源
6 C% i3 S5 {' W0 [
典型应用
% D% K4 }; @. n# M3 c$ q( C  E

管脚排列
8 h2 l& ]" P: `/ v, p2 u, q

管脚描述
, Y, j2 ]3 i0 N) X

" Z$ b' G' [" y( |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。

0 Q( n  t1 J4 i+ ]" m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。

2 g$ O3 A" n# J7 v+ F( j' G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。

( d8 m0 g: v: O4 @02、样机特性

$ t4 f+ ?1 O0 y+ l) f4 ?& m1 o7 e& R+ I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。

+ l( m. i/ k3 b+ m% N! k9 p5 R2.1、输入特性：

1 v0 v; I% `9 P: l0 Z& @4 f2 y2.2、输出特性(PCB END)：

; F' b" L, S% l; [) @. L
2.3、整机参数：
. r0 s5 a) }" B! e9 x

% m( h8 l  x9 T0 ]" T7 b! p2.4、保护功能测试：
- ~& A* s, s6 c

) U" D, R$ U* Q9 b0 w2 \4 y' E2.5、工作环境：

6 q2 O5 k& J9 o( y: C/ o$ [9 d: p, I9 s
2.6、测试仪器：

03、样机结构信息
4 Q8 ]0 K3 e, u; f+ p
3 ~; V/ m+ x# Q6 Z0 N0 f. ^3 T' J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。

3.1、电路原理图及BOM：

8 {! z2 m# ~% U$ T6 O: l3.1.1、原理图：
8 \* g2 u0 a; i/ o: {5 j4 J6 b1 T
$ q- B6 T+ V( M

8 S9 f7 v+ I2 A8 x3.1.2、元器件清单：

3.1.3、PCB 布局&布线：

/ x" C' t& Z% U9 w1 X2 {- D

PCB 顶层布局

4 I( @/ V2 m3 V6 c& F

PCB 底层布局

PCB 底层布线

3.2、变压器绕制工艺：
/ Y" X. u7 f4 Z7 s
3.2.1 电路示意图：

3.2.2 、规格参数：
* E& P$ M9 l9 j9 ]; ?/ f  X3 \* o
% n& K0 F+ p4 K: ^- e1）骨架：PQ2620 磁芯（5+5PIN）,Ae＝119mm²；
2）材质：TDK PC40 或同等材质；
  w7 v  z9 b' z% Q3）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）；
+ H0 @4 V! o* L* A7 C) Z7）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；
6 w" v" P* w- @5 h7 G! M& q6 u9）成品要求:浸凡立水；

- j4 s( x" p# e$ g0 \! D) h3.2.3、变压器参数:

- z' v+ c9 H; d. S" r: \1 q

3.2.4、变压器结构图：

$ m4 Y8 W) h' z% T6 T04、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。
4 E" ~  A/ B& _) z
4.1、输入特性：
' l- E: ~, `  ]; L# O, ~5 t* 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。

表1 待机功耗
( r7 Q+ o( m& J' r; `, y1 Z: o

表2 输出接1.5M 18AWG Cable100%负载下的输入特性

% q  b8 q! h8 Y! r* _$ ]表3 效率测试（1.5M 18AWG Cable）
% A8 b6 E1 J3 o* q# |

表4 效率测试（PCB END）
5 f, E( x+ n1 V

2 w) A  X1 T+ C' ?表5 能效等级评估（1.5M 18AWG Cable）

  _. L7 G. S- I  H. n( X4.2、输出特性：

% A$ f2 w5 D6 N4.2.1、线性调整率和负载调整率: （ 1.5M 18AWG Cable ）

+ q% Q6 d" }# R  T( p. h7 r. z: {' @
4.2.2、输出电压纹波：
7 W& l5 ]. y5 g( Y- \7 ~2 g
) ^8 `9 R- X; _9 X) k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。

: t- A5 D& [, F5 ~4 {7 p& g

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

7 r- a$ Y+ t9 j% m2 |

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

6 R% u( O$ q' j2 z* Y

R&N @ AC264V/50Hz,No Load

% c1 U+ V, U. F- O* p. B

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

4.3、保护功能：
$ I" C+ K% g# P# l2 ^
  b8 @8 F  `% {9 \" |) A以下涉及过流保护、短路保护的测试。
# k# G' O/ v4 ~( f! S4 Q
9 x( K, O) j7 b$ X4.3.1、过流保护：
" s* P7 R' V- m/ {+ ~( E* J! h

2 w; Q- t  z- R4.3.2、短路保护：
" u' p8 i6 Q; {3 S6 s3 R+ C9 y4 a
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：

" j& g% \' k' L. O5 c8 Q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。

: z; ^; D! m' {& B2 Q

AC115V 发波周期12.6mS，Vo 最低15.6V

8 v* L9 z/ K% y

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

: }( c# O( x  G( v/ }. T4.4、动态测试：
, R  X3 e% b/ [. ~$ t& N
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)

+ _" z! A$ R! u; m. O7 c0 b9 x

AC90V_5ms

AC90V_10ms

9 k' I: h0 E5 J7 L$ c

AC264V_5ms

AC264V_10ms

# v  c% s+ j6 v, A% |9 _, F0 \4.5、系统延时时间测试：

0 F/ c' p& Y! V2 u  W. H

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

4 v! u7 ]1 C( D9 K" w

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

4.6、其它重要波形测试：

AC90/60Hz，100% Load CS 波形

& W9 k# n1 r( A0 P; R$ R0 c

AC230/50Hz，100% Load Gate 波形

- _; T& k6 K9 t5 t

AC264/50Hz，100% Load 输出肖特基波形

. G' k! a" u: O" k" l! v

AC264/50Hz，100% Load MOS-D 端波形

( q' z: T1 P2 J05、温升测试
% M; A7 ^, T' X* T6 ~
测试条件：带外壳在40℃环温下长时间带载3A 老化。

, h. b7 ?$ Q% ^* x0 D1 {7 Z

$ Y! {6 n2 s1 K: j3 s9 ~06、EMI 评估测试

/ y/ c' v3 U6 a* @8 Z, a. L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）
# r$ f( z: h' B6 E- g
% M# ~; H# o4 I

AC115V 传导L 相

AC115V 传导N 相

AC230V 传导L 相

AC230V 传导N 相

* R% L8 x3 ^* |6 G+ A6 L6 D; J6 Q

AC115V 辐射

AC230V 辐射