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。
" \0 u2 I" e' ~3 S* ?( m
" s$ V5 E3 D& j6 h& {01、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。
) h0 b3 `. E& X8 U; \: G9 B

CR6890H_20V3A 工程样机示意图

CR6890H 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。
2 v( D6 a1 K3 a+ F  Z
特性

较低的启动电流 (大约3μA)

内置软启动减少MOSFET应力
; o# @' f, ]/ i3 B8 e/ u! J
带有Peak_load 升频功能；
5 p7 w% l' t& [% \
& c5 \: p( O' U" }1 M* NCCM+PFM控制模式

内建同步斜坡补偿，消除次谐波震荡
( s" N& Y5 q% h! e3 t6 J
内建频率抖动功能，降低EMI

: P! I3 C* z$ [: Q# B" j内置65kHz开关频率

轻载降低工作频率

15ms倍频模式

: ]* X7 m: i5 y- s. \( a可编程外置过温保护并进入latch
; J# f9 W/ n0 j
VDD过压保护和输出过压保护功能并进入latch
- O0 }& |' U7 Q* J' r
; L9 F5 J. W7 m, n5 O9 ~0 X2 [8 l内置前沿消隐电路
& p1 [2 E8 U4 P8 _2 _8 m
内置输出二极管短路保护
# u3 s; T4 j8 ~$ r) \5 ]3 A
内置过温保护并进入latch
) I% J4 `+ [9 L6 E; N% `
3 k0 M2 S) W( l+ k- M过载保护
' ~' ]* d: m" x7 D, p( y; c
) t! }3 s1 Z- z* H/ O6 K. N0 RSOT23-6L封装

6 |- B8 T/ a. P" c, f# s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。
: @* e# [) ]& F, z/ S
" }  ]; u* N; r. n基本应用

AC/DC适配器
) q1 [/ A' }2 t5 h! Y7 |
电机类适配器

2 y! t' E& ]8 F6 ^! ~5 J# V( _; _充电器
/ P0 Z6 d/ \# Z& _9 G! S0 _
9 N5 J) F( X2 U- Y存储设备电源

7 N5 |! r# g# u# F* _3 R典型应用
: o( l, D- {7 p7 v, g
: ^3 i" Q" d; k5 c, \/ u6 w5 |8 `

管脚排列

; j2 ~- z. {2 G. F

管脚描述
. a6 B! T/ A; M% T

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。
' k' V9 b0 Z$ }+ c: y! c
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。
( K' [/ A) z7 c& v1 S
6 X& B5 u$ b$ W# [3 M, A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。
5 B* J6 z1 l9 c: v: C  ~
02、样机特性

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。
% Z! l3 M* Z% a- S- w3 P
7 K6 f# y2 y, d# `( i+ G- c2.1、输入特性：

9 G: E: x( e8 [' h5 R2.2、输出特性(PCB END)：

5 A4 t$ t* g! }
9 S7 j8 X, R( q3 Z2.3、整机参数：

2 f0 e2 `' c+ _9 g& N5 }, V' x2.4、保护功能测试：
  G) C. G6 {6 \9 o

2.5、工作环境：
% }4 q7 O5 B3 `, a7 |4 ~' ?

+ j$ n5 B/ @( g9 U2.6、测试仪器：

03、样机结构信息

5 {8 P. r* @: M3 ?% q% C) n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：

, x& d, G+ ?9 T+ \3.1.1、原理图：
8 A7 b: u! p7 k6 p8 x$ \
# q/ T/ t4 Y5 N. s) p3 A

3.1.2、元器件清单：
0 G! j" k" T# r$ _* P! K; O. z9 Q

3.1.3、PCB 布局&布线：
: Y! y" Y2 @. k* j( V, d- D

PCB 顶层布局

, m$ i% @* B6 d1 s" Z9 L* c7 v

PCB 底层布局

- }2 b( J0 r# d2 y/ N  j6 w

PCB 底层布线

3.2、变压器绕制工艺：
5 F2 X6 I$ K( @2 U& u7 ~
; U- P6 H5 _% Q5 y; F+ \3.2.1 电路示意图：
# u% D/ {& x, `% S6 e5 t  p) C/ t

3.2.2 、规格参数：

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；
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；
' O1 E* {2 v3 a0 B' [6）初级绕组感量Lp：0.6mH±5%（测试条件：0.3V，10kHz）；
+ k! M+ G5 M5 R5 B0 s2 `, L/ }6 U7）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）)；
( ?9 F  x. v7 s; J7 y3 s8）耐压测试= 3.3KV 5mA 1Min；
9）成品要求:浸凡立水；

1 ^. j2 f3 v! S3 v7 Z5 t) o3 J; Y3.2.3、变压器参数:

: ~* B* F1 I/ z  A! j2 c4 h- y

3.2.4、变压器结构图：
- w9 _; ~. z; n, d, ^

04、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。
% e, `3 T3 K0 |/ e  D
0 D, d3 }( J1 a! y" ]$ y4.1、输入特性：
* ^% P, H/ q2 y7 S% t& n
6 j1 e+ k( s( ]* m' u2 @" z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。
$ ]4 n9 Y, \- o) T% b
表1 待机功耗
: d8 `+ H1 M- _

( f8 _  e8 C3 T2 e2 I, H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）
, M4 l- x" b1 F  z9 P' |8 [( E

表4 效率测试（PCB END）
5 K8 g/ k" n- M0 m+ P

7 M+ i% ^) `) D0 y4 C表5 能效等级评估（1.5M 18AWG Cable）

4.2、输出特性：
( U. l0 P2 a' V0 e" y. D2 E
* L# I3 p4 [$ Y4.2.1、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。

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

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

# R9 M5 m- q4 i9 X! R0 z

R&N @ AC264V/50Hz,No Load

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

' }1 m% ~' ^: d' w4 C. F4.3、保护功能：
* `0 d( s+ D( l) g  d: }! D2 t- I
以下涉及过流保护、短路保护的测试。
  Z- H, g* X7 p. E' O
4.3.1、过流保护：

$ D! w+ R' w% c" ?7 C/ @5 c& B, S- q

2 s, Q# Z- s, g4.3.2、短路保护：

功率计电流量程2.0A,开启平均值模式测量。

; Y% h! ?# ^+ u9 `) d( g% `# _/ m

4.3.3、Peak_load 功能测试：

1 Y6 E) \: Z* f' T" D! l& \6 O; ]1 ?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。
( F# i$ i9 s$ u) m
- ?( {; W' g7 G$ C

AC115V 发波周期12.6mS，Vo 最低15.6V

AC115V Peak_load 功能升频151.52KHZ

2 p$ I5 ^& P; E0 Q

AC230V 发波周期11.2mS，Vo 最低18.2V

  ~$ Y- }& m3 |/ S% |; U" R- c

AC230V Peak_load 功能升频151.52KHZ

# x5 n; Y# m  ^4.4、动态测试：
. z  k4 q: v1 ?4 t, g' N
  R, K1 L/ Y6 g! N7 Y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)
6 R0 s4 W# k3 i7 O$ s$ f: ~

AC90V_5ms

AC90V_10ms

AC264V_5ms

5 `; W4 Y- j# c# R1 m( }$ l$ @

AC264V_10ms

* V4 x0 l  l8 M# o; Z, G4.5、系统延时时间测试：
  l' Z9 a6 t1 K5 c
3 \7 [; d( [# D' M, @0 J

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

. q$ x) V* `, r2 d$ I% s+ z5 f

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

' k( H! @& l' }) M

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

. E& M8 f& _" t5 Z% J" [4.6、其它重要波形测试：

AC90/60Hz，100% Load CS 波形

$ |! T) S2 t) s: m+ |) N

AC230/50Hz，100% Load Gate 波形

AC264/50Hz，100% Load 输出肖特基波形

7 o$ [. i# k6 K5 r' C* M+ {0 S

AC264/50Hz，100% Load MOS-D 端波形

' J! J2 J8 T  v( o05、温升测试
) q% r& n/ C1 g
7 }" _2 b- w8 |, R, K测试条件：带外壳在40℃环温下长时间带载3A 老化。

' L% a- k5 n! q/ @8 {; }6 e9 B06、EMI 评估测试
8 a- G- P( W0 L0 S( l
测试条件：
# k4 h8 u$ e# E+ S8 I3 T
输入：AC115V/230V；水泥电阻阻值6.67Ω，带线1.5M 18AWG 测试；
* w! c$ x; D( g  s" h* l/ C限值标准参考：EN55013、EN55022B。（测试结果仅供参考）
3 E, C4 Q5 \5 [7 ?8 F

AC115V 传导L 相

! p' L% _) x) z* S+ R7 n0 V6 M

AC115V 传导N 相

AC230V 传导L 相

AC230V 传导N 相

  j+ L' H) F$ Z3 k

AC115V 辐射

AC230V 辐射