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

$ ?3 N2 b: X( l( J4 @& H& t
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。
: @, c+ w2 U. n* o0 C( \3 C
# Q- W  T4 ^  X- l6 f5 [& e( l01、样机介绍
) v4 O4 j- B2 C' {1 N
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。
+ R- |; G9 V; p7 w

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。
" o$ a  ^9 r; D6 q- h
特性
- E7 x: k( M+ n' l  `
* D4 P1 j( ^8 f( {较低的启动电流 (大约3μA)

+ c1 ]( l$ T. B, d; D5 h& m% M内置软启动减少MOSFET应力

带有Peak_load 升频功能；
2 |5 A$ d, X: r6 w
" ^2 z5 ]5 p- Q) ]- oCCM+PFM控制模式

0 a; Y+ X0 q# e' ?" W内建同步斜坡补偿，消除次谐波震荡

内建频率抖动功能，降低EMI
" ]% S, s7 r' x6 e6 j& k, d, u
2 v4 N  E' e3 i4 a% v1 f/ j/ \; ?内置65kHz开关频率
: N2 }, x+ z: _3 g9 Q8 w
轻载降低工作频率

7 h& _2 D: K9 Q. [15ms倍频模式

& C5 E. w, f9 R- F! E: e可编程外置过温保护并进入latch
1 }0 A4 S9 y  n% B
9 d: t) b) o' U- _# IVDD过压保护和输出过压保护功能并进入latch

* i/ O& v$ g: x* o6 H内置前沿消隐电路
+ `% F5 q1 Y3 {
内置输出二极管短路保护
9 o4 }$ u* Q9 b  W
内置过温保护并进入latch

过载保护

SOT23-6L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。
5 j. T  B. u0 @) M% b
/ G3 w% V; p6 U4 T基本应用

; W2 t6 G" q  Y; p* eAC/DC适配器
; Z3 r: l0 f+ [/ E
电机类适配器
7 z2 R, ~6 j- B3 P) r( a  C) o
充电器
$ H: _5 V! i; U! ?. L
存储设备电源

$ E, s  J5 V- Q典型应用
6 J; A# M( x5 {; y& l7 J( u3 n+ N& s

管脚排列

5 W3 A/ j5 C8 U! S( [

管脚描述
. r6 f# b, f6 n, L' q% q9 ~) g4 u% a

) ?& q. D1 s6 d+ L7 a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。

9 ^7 E. K6 q! g) ?4 j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。
% `- y2 r5 K; i/ h8 W1 B3 L
: L4 j  a7 v1 y2 j02、样机特性

7 b& G6 J: e; x, o; @3 F* h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。

2.1、输入特性：

( R+ `+ Y3 c$ |/ X3 z2.2、输出特性(PCB END)：
% k7 b2 c4 T3 Y7 r6 F3 s

2.3、整机参数：
: a, X& u. B5 e6 l

( `/ e- r! I& {1 U9 W* n# T9 I! P7 q2 B2.4、保护功能测试：

2.5、工作环境：

* M6 I+ r: N% O/ n2.6、测试仪器：

03、样机结构信息

9 V# I+ ]1 c8 T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。

! w( y8 G( J* k& ]! V# R. F3.1、电路原理图及BOM：

4 T0 V. O5 o2 w3 Q+ q3.1.1、原理图：
) z$ J) v8 l. `: ~1 l5 R5 c

! k3 f% u0 x( @* S+ G2 E6 a3.1.2、元器件清单：
) ^8 M( }1 L  v5 X$ K
+ i% {% s( Q) L% _

3.1.3、PCB 布局&布线：

& M8 B; F. `3 u

PCB 顶层布局

5 q5 [9 F# G0 m% X6 ]* z$ l/ f

PCB 底层布局

PCB 底层布线

3.2、变压器绕制工艺：

' B' A$ V& }& t9 n! A8 Y3.2.1 电路示意图：
2 d! d+ c! H: Q

" X4 p( S% j& N/ i; x4 p3.2.2 、规格参数：
* `3 D( m# p+ H) ~
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；
' \7 R3 f3 h* p: m: `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）；
1 y+ @0 S4 ~6 i0 @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）)；
8）耐压测试= 3.3KV 5mA 1Min；
9）成品要求:浸凡立水；
0 w# f0 O- W# c/ w
3.2.3、变压器参数:

* \# m) m; b5 {- O! s1 t

9 s# s1 b; c" w& Z# c) J3.2.4、变压器结构图：
2 x" w1 ^6 h* U8 S& h

0 }2 b# d8 ]0 H, a4 f; R6 K04、性能测评
8 l9 A' d2 I. `7 t
& K$ v2 U) j! J; u; u! G- 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。
# \8 S1 }9 }$ W3 t+ ^  A
4.1、输入特性：

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。

3 `" `$ Q6 W1 r" k+ \表1 待机功耗
; G- ?' w2 `4 V- i% T* c% F, x

+ X0 E% D5 t; v8 }2 v" m8 w表2 输出接1.5M 18AWG Cable100%负载下的输入特性
9 u' i! }$ v6 _/ |; p0 h( L3 e

2 Q% G3 ?- E) J" d( t表3 效率测试（1.5M 18AWG Cable）

6 ^  D4 A3 x% Q3 s表4 效率测试（PCB END）

表5 能效等级评估（1.5M 18AWG Cable）

  _5 J; w* P: X0 b. A  a4.2、输出特性：
# @+ z0 X" y- J+ ]3 r
9 b8 [8 O# `; h' J. K) M4.2.1、线性调整率和负载调整率: （ 1.5M 18AWG Cable ）
# T+ w3 v/ O( H; U! P+ |% ^

- a# }4 D% j0 M% Z$ Z4.2.2、输出电压纹波：
: O' R) A! d6 f+ D, o
- j7 r- ~, Q  y6 _7 }1 F+ u+ Y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。

" x% @. d/ z% G, D: O2 p

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

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

9 w0 u7 i, @# t9 n5 ~

R&N @ AC264V/50Hz,No Load

  ?- ~9 E2 a; B: K1 S

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

0 y" c- D- o: A3 `7 q. l4.3、保护功能：

0 S* l7 F2 h5 N' }  p$ v0 J以下涉及过流保护、短路保护的测试。

4.3.1、过流保护：
) J; t; i0 c6 X5 Q7 F
+ L: y2 E* K: O. ?( x% e( g

( Y0 q8 R: H9 V" I% _4.3.2、短路保护：

/ G5 a# I6 y1 y- @, S  V9 @% S功率计电流量程2.0A,开启平均值模式测量。

2 s' y# {3 y9 p( A

4.3.3、Peak_load 功能测试：
: N% M' n8 C. ^
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

0 [4 c* O5 V& W6 U% w  ]

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：

" P9 Y$ E% p) k- r$ M# v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)

! S2 l; L% S1 g7 B7 y* D/ _

AC90V_5ms

AC90V_10ms

AC264V_5ms

AC264V_10ms

4.5、系统延时时间测试：
( C3 {' K- E& S
: `2 a9 j$ [" k8 k# P' M

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

+ I  O$ [; g' F2 n, [, @

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

  Z- O8 d: I& y

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

4.6、其它重要波形测试：
2 h( B0 M  l7 O" W

AC90/60Hz，100% Load CS 波形

AC230/50Hz，100% Load Gate 波形

$ [0 x9 K  O; K; h0 {/ X. v8 K

AC264/50Hz，100% Load 输出肖特基波形

$ ]& C1 |4 o( r- w9 ^' M

AC264/50Hz，100% Load MOS-D 端波形

05、温升测试
5 {8 E( C  H/ H* f+ O7 U# }
( ]2 G7 X3 l3 D3 Y. N; W测试条件：带外壳在40℃环温下长时间带载3A 老化。

06、EMI 评估测试
6 t6 i4 {! G# y
2 d# Y  P6 d0 I测试条件：
$ ^& v6 p) x9 f' d7 o$ R+ A0 V: y
输入：AC115V/230V；水泥电阻阻值6.67Ω，带线1.5M 18AWG 测试；
( `: R! U8 p' H. r. C2 I限值标准参考：EN55013、EN55022B。（测试结果仅供参考）
2 s/ E! N+ E' o2 P$ w
, ]1 q% Q/ Q  Z3 Y# W

AC115V 传导L 相

) t* [( W; s+ N1 {

AC115V 传导N 相

, t- r/ V2 L" c* r* C

AC230V 传导L 相

AC230V 传导N 相

AC115V 辐射

- s7 x9 ], @3 M( g

AC230V 辐射