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

  X0 w6 x, b0 d3 a2 D' C8 ?
( b% e* T, k* B& J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
- ?7 p/ Q5 F& z% m
( T) P! f/ k2 z) [& M+ v5 p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。

CR6890H_20V3A 工程样机示意图

CR6890H 芯片

5 d! _/ |6 Z4 ~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。
# _: J' D- f; T
" \+ |/ Z/ K1 q+ w, {( c特性

较低的启动电流 (大约3μA)

. C$ C4 z/ C7 s内置软启动减少MOSFET应力
% i( k9 W' d& d# k6 j
带有Peak_load 升频功能；

/ V0 P4 C$ g8 O% {( e7 B* aCCM+PFM控制模式

6 D' ^7 L( c/ d2 ]内建同步斜坡补偿，消除次谐波震荡

( ?) Q3 j  O$ N8 w% \4 z8 K内建频率抖动功能，降低EMI

内置65kHz开关频率
( b  L' L/ i- A$ S' w; J/ d! z! Q' ^
# l- Q' `% M' {& T轻载降低工作频率

  P! d( Z! D* Z+ p15ms倍频模式

  \* N$ C7 u( d) h, Q2 }可编程外置过温保护并进入latch

VDD过压保护和输出过压保护功能并进入latch
/ O9 q: [; |$ D/ ]" V$ C- X
内置前沿消隐电路

内置输出二极管短路保护
0 o! {2 t0 A% y' @- |, J2 v
: p: g4 y: E# V内置过温保护并进入latch
/ ^  a9 T/ [  {4 f& i# {9 l
2 ]; [/ i; q, A* b+ W过载保护
) M% z4 k) ]) N) R& R$ S$ p+ L
SOT23-6L封装

; \3 P9 v# |2 c" ?4 `! J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。
' Z6 g/ {% `5 }! ?# Q6 [4 S
基本应用
* B) [% v+ r! ^1 F
AC/DC适配器

电机类适配器
* [! d5 T& K- A. y' I" A) \
& ?# }  l& X/ _# ~3 Z/ }/ ?+ m1 l充电器
# w+ ]1 ]! c+ v
存储设备电源

典型应用

  k6 K3 s# \) U1 X+ ?% \. L8 {

管脚排列

2 [2 J1 y4 [  _+ f# O

管脚描述

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。
" t; [& i8 ]2 c; h! b* D
6 l# V) Q- R& W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。

; J2 T+ v5 d8 y& @7 b- Q; y& O2 n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。
( W" Q  _1 q) L$ c1 P: s) l* u6 V: a
9 W0 i! I# h% a/ P3 m; q3 p. Z! w% D02、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。
, ~! x" n) n4 K. l. G* W& ]
2.1、输入特性：

5 O2 Y8 h3 k! p# b( k. e
2.2、输出特性(PCB END)：

2.3、整机参数：
: G& @) i$ ^  z' N7 V% J4 E4 ?8 O

2.4、保护功能测试：
$ ]% _8 C3 m( u/ }7 w2 h

2.5、工作环境：

* u) r7 ^6 ~; V$ w4 G) I% Y; T, D
2.6、测试仪器：
% F) T5 w, N( g/ l1 H

03、样机结构信息

$ B+ s  v* x# G8 O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。

. }6 m! W" l4 H* f+ ^' x, P3.1、电路原理图及BOM：
2 E3 [( p1 P4 ^& s2 o
; k* @9 F$ Q) k# |0 B3.1.1、原理图：

6 Q* D1 P+ p4 H/ [+ I$ t9 T5 E/ F

3.1.2、元器件清单：
1 {3 Y  t* @7 V; S) `) ~% [, U

3.1.3、PCB 布局&布线：

  W7 d& T0 O' T# g2 Y0 l9 Z* R

PCB 顶层布局

2 `6 j( ~9 @5 L4 z+ A/ ~

PCB 底层布局

. K" c6 W3 a3 L, V0 T; c

PCB 底层布线

3.2、变压器绕制工艺：
8 P0 u  `$ j* i/ x
1 C% `% H# x3 V7 j1 B3.2.1 电路示意图：
' }7 B) Z6 \& S8 v& M0 G! Z

3.2.2 、规格参数：
7 n( I1 k* s% l" I( I, J
( r" z; u. }" `0 J- t/ R1）骨架：PQ2620 磁芯（5+5PIN）,Ae＝119mm²；
3 @9 s" V; X4 A: {1 p% a) f8 ]* q1 O2）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 k2 P% ?$ Z' x/ s4）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）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）)；
! ]+ _  G% e/ }8）耐压测试= 3.3KV 5mA 1Min；
9）成品要求:浸凡立水；
' O  ^- _3 w8 p
3.2.3、变压器参数:
: Z3 A% f: \" Z# d

4 o7 F) {% f, A5 H3.2.4、变压器结构图：
  R( o, p. j0 y, @# o2 D% y

) ?7 [5 _/ G4 ]( H) f5 v04、性能测评
. H, f! V* n! Y1 J
" R% O2 B2 i# m8 a* V* R" C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 [- N0 c* r) t( _
$ u& `9 h% `  k2 C5 z7 j4.1、输入特性：

, d4 b5 m4 n# ]7 R4 z. W, w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。
% p% p$ n, ]% G5 ?7 \, K0 Y
% M* F, j5 B/ y! J8 m0 t" A+ ]表1 待机功耗
6 W! W) p* ?. B( X9 \* }

表2 输出接1.5M 18AWG Cable100%负载下的输入特性
$ q8 ~, R  D" d$ o. L

* o' `. i# {* O$ G  J3 _表3 效率测试（1.5M 18AWG Cable）
: @  n8 J7 d2 @8 K$ v

表4 效率测试（PCB END）
3 C# a. p. ]* q/ W1 p# ~

  p. ?# W& f  v! E, Z, i# `表5 能效等级评估（1.5M 18AWG Cable）

4 d7 y: L  C1 a8 c& {/ [5 O& x4.2、输出特性：

7 g3 l$ L: j4 C8 `! i4 {7 [4.2.1、线性调整率和负载调整率: （ 1.5M 18AWG Cable ）
( A! ^/ B" P. D' G4 d

* y) p6 D1 R) n
! r1 _1 }; x6 e8 t$ k4.2.2、输出电压纹波：

3 ^0 G* h. ]! n; F. s  a( S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。

7 @9 G! {2 j/ [

% Q* N7 W* H0 j' S. T; q

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

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

9 u7 R% d6 k3 f* o& O3 r* |3 u

R&N @ AC264V/50Hz,No Load

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

& `- R; z/ P& S+ _% h4.3、保护功能：
, [) f5 ^* `; P) J+ a9 a
' J2 }6 G, l) ~! `$ b' d8 q. h以下涉及过流保护、短路保护的测试。
) |" Z; o( U: t+ [2 ?
4.3.1、过流保护：
" Y8 x/ {$ }# r* h2 Y" b
4 E9 Q- e& l6 k1 {. [* }! M& ^

4.3.2、短路保护：
0 @6 h6 c2 u3 f9 {8 _9 {
* F+ B1 i, y/ G功率计电流量程2.0A,开启平均值模式测量。
% D0 h7 s2 Q: j  ~
3 T1 p& o* U- f

4.3.3、Peak_load 功能测试：
0 O* E5 R! I4 R; t
- ^2 N# J' u8 m5 l7 |7 ?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。

AC115V 发波周期12.6mS，Vo 最低15.6V

: S8 `% r1 f2 }9 v* n0 ]

AC115V Peak_load 功能升频151.52KHZ

: |% b: Z  _$ R* j# \  P( T4 A

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：

' I* F, T# I* c$ |  j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)
" l. v0 i. A- R( }: u0 Y  m
1 a3 @# n8 G5 @2 Q1 h) L3 ^

AC90V_5ms

AC90V_10ms

AC264V_5ms

. y# ^2 V$ O: V

AC264V_10ms

4.5、系统延时时间测试：

' |  X1 Z$ \# a

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

# C8 Y% R3 p. K: N9 O" V( P5 j

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

) ?# d+ `! c" A7 ], n' ?

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

# \: ?. S( u; Y/ B* A6 t

AC264/50Hz，100% Load 输出肖特基波形

" C9 C* I1 Q, q; Z% g

AC264/50Hz，100% Load MOS-D 端波形

) T9 L0 E$ D0 o, f05、温升测试

测试条件：带外壳在40℃环温下长时间带载3A 老化。
. L/ t! v+ b7 f

, f9 c( a; [' ^7 M0 o06、EMI 评估测试

测试条件：

输入：AC115V/230V；水泥电阻阻值6.67Ω，带线1.5M 18AWG 测试；
! w7 `/ j8 e% t# k8 N; `限值标准参考：EN55013、EN55022B。（测试结果仅供参考）
5 Q1 @5 i  \* r7 u

AC115V 传导L 相

3 j# D5 A+ n; a9 s  B7 y

AC115V 传导N 相

2 i8 {  a2 Z( y: u! f! _

AC230V 传导L 相

0 V( E1 }7 _: W* e) L

AC230V 传导N 相

AC115V 辐射

AC230V 辐射