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。

: @% v& C' `, p5 T  y8 ^01、样机介绍

9 B! f: j) I1 U" l( _; X& _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。
1 f& f8 a7 X, I4 J' x
+ \! x  q4 K- g9 y4 C2 E

CR6890H_20V3A 工程样机示意图

+ O- v; k9 x0 X7 i# U6 y/ Y- aCR6890H 芯片
  I+ M7 I- H( E( F. `0 J
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。
. Z+ o4 _3 w4 ]" a! b6 R: a
' F" G/ p/ `5 m# l特性

6 A9 V6 ~% ~& `9 T% h5 K( ]/ N$ V较低的启动电流 (大约3μA)
+ i- k# R. Z$ K6 R
内置软启动减少MOSFET应力
% L, r: B1 v1 E
7 J* @& v8 p  ~带有Peak_load 升频功能；
& p- h0 [: Q# U' r6 S
7 ]; d! ~& {3 U, J/ ]CCM+PFM控制模式

内建同步斜坡补偿，消除次谐波震荡

$ B( x; u3 Z9 E/ U/ P内建频率抖动功能，降低EMI

内置65kHz开关频率
& K/ l0 ]' s; G+ a8 b$ o
轻载降低工作频率
% }4 M- L& G: B: c
15ms倍频模式

0 N7 y' O  W/ S: n& P1 S可编程外置过温保护并进入latch
, P* ]" n3 z0 ?: ?
VDD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

: b3 q! p- R+ _" }1 P内置输出二极管短路保护

内置过温保护并进入latch

. V' j7 T% Q4 r  a# N) V) R1 ]: _9 R过载保护

SOT23-6L封装
9 J- N0 _8 K  L  }8 e+ n
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。
: J2 ]9 V' A3 h& H4 r, s+ U
* j. b; `$ S( R) _3 M' u, W基本应用

- R5 k8 X( m% n. p+ J4 X& ~AC/DC适配器
' A4 b' r* L! p
9 }# s$ M2 H  {  ?- x电机类适配器

充电器
7 s" p: s# b, O. k
" O0 h' N. S1 h# E# ~+ O存储设备电源
; n2 M" s( y$ d+ z8 \3 C
典型应用

管脚排列

' k: q4 e0 D. V

管脚描述

; @1 \2 j! S: A6 Z2 u3 q0 z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。

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。

  g8 n, m2 ]' b7 G& u9 q* y# q+ L02、样机特性
; d3 F7 y/ i; z! j. y6 }# y
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。
& {$ t) `9 {3 K
; w5 y8 O$ o7 ^+ E, x# }# g* S; ?2.1、输入特性：
* l2 v: s5 B2 l' w# {

" }" @, o# W( W* [3 x8 b
2.2、输出特性(PCB END)：

2.3、整机参数：
4 G$ F# j& N' V2 Z- ?

8 _. k  [3 x' \6 j" [2 n" w( h* B) Z2.4、保护功能测试：
; h& N* M! K) j8 i

# b! C, _+ \! [$ e3 H3 d2.5、工作环境：

$ ?( b5 b6 u; s- Y  y$ L" X
2.6、测试仪器：
5 ~( k" T( q: I+ Q8 r% N1 o9 q8 H8 }

03、样机结构信息
) d1 q1 l- v; v9 X: W" s
' G3 G9 i" p+ _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 D3 n# e( N( n! R" c
% L! k5 B& I7 g) V2 ]3.1、电路原理图及BOM：
& w# _0 G7 u  T# {
5 K4 n7 C, a+ U; V3.1.1、原理图：

3.1.2、元器件清单：

3.1.3、PCB 布局&布线：
: b5 N; ?1 r5 H, a4 v

PCB 顶层布局

PCB 底层布局

5 m% b" K) r# t) o2 W$ J+ u

PCB 底层布线

3.2、变压器绕制工艺：

3.2.1 电路示意图：
0 N4 d9 x5 S) Z( ~4 Q/ H: d% P

! n7 A. M2 m$ F$ _, d$ T4 p+ t. k3.2.2 、规格参数：

1 t: ?) U0 U; z1 M1 [- s1）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；
+ v4 W3 ?* L9 P$ ?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）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）)；
+ v/ I( c9 B+ S* w8）耐压测试= 3.3KV 5mA 1Min；
9）成品要求:浸凡立水；

) j6 Z% l, s* l! y! I3.2.3、变压器参数:
! D/ V; i. ]) o. B# U

" O/ g5 u3 z+ }! i8 Q& Z3.2.4、变压器结构图：
+ z* G1 J4 N- S& k4 T7 G! m

04、性能测评

7 f4 Z% H+ t. g7 B% u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。
2 V; f: Y) S6 q; b4 f2 l
4.1、输入特性：

8 Z$ k: u# d% N" T( f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 d) _( R4 A. w: Q* z* g+ `" ~* F表1 待机功耗

表2 输出接1.5M 18AWG Cable100%负载下的输入特性

& E/ i/ x* U9 N4 `. J- P表3 效率测试（1.5M 18AWG Cable）

' v5 F" q, w9 B& ?3 D) Z) l表4 效率测试（PCB END）

表5 能效等级评估（1.5M 18AWG Cable）
/ k& P" f6 q: n5 |( Z- l1 a

4.2、输出特性：

4.2.1、线性调整率和负载调整率: （ 1.5M 18AWG Cable ）
6 _1 p2 }6 [) J2 ?2 y

( y% [, v* v6 C6 V0 }4.2.2、输出电压纹波：
8 a1 w! X  K. y' P
4 d# m$ \5 ]: n/ w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。

2 C: r' T) q. ^6 \* s( B

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

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

R&N @ AC264V/50Hz,No Load

7 g( c8 d/ n, Q( [

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。

; y0 P. J/ W4 n4.3.1、过流保护：
: `* g. q0 P4 N* U& c4 ?7 n% w

1 r" y* [$ {7 Z" V, y4.3.2、短路保护：

功率计电流量程2.0A,开启平均值模式测量。

$ l& p8 h" m- L, R" R

& P( Q8 o; L" u, s- d4.3.3、Peak_load 功能测试：
' ~: A9 ]0 _( p; I1 Q4 A
+ J7 n( }6 t* Q, w9 P4 V1 j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

) |! ?; L7 |' t9 ^4 B

AC115V Peak_load 功能升频151.52KHZ

; k; m) n& F& \0 j' S

AC230V 发波周期11.2mS，Vo 最低18.2V

, O  I0 j! V3 M4 |/ w

AC230V Peak_load 功能升频151.52KHZ

4.4、动态测试：

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)

' T7 r6 E8 a3 M  v2 X

AC90V_5ms

AC90V_10ms

' {5 ]/ u8 ]$ r( ~- t+ }0 D4 w

AC264V_5ms

AC264V_10ms

4.5、系统延时时间测试：

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

: I2 l& ]9 f5 D( Z3 C7 F% I  @

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

+ ]! T1 O* `+ e

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

. Q" M' g9 _2 X$ }( J4.6、其它重要波形测试：
4 O; g/ o3 f3 {1 {
' O- `+ R/ K. t/ X& t8 c

AC90/60Hz，100% Load CS 波形

$ v( K% P7 V+ t$ ?

AC230/50Hz，100% Load Gate 波形

AC264/50Hz，100% Load 输出肖特基波形

  P" A. \, n# `( r/ A5 J4 A

AC264/50Hz，100% Load MOS-D 端波形

5 U$ F$ ?* d) j0 W, q05、温升测试
4 ?2 Q. I8 i. N) I: u
  F4 D8 U' a- Q6 l4 q( ?测试条件：带外壳在40℃环温下长时间带载3A 老化。
' v5 `7 V) y8 a: p  Y* _# X( f
. c3 p3 j# O2 t; j; p+ N) ?

# y: Y- v9 N" O06、EMI 评估测试
' `  D6 Y3 _( [* s
$ z' O2 T2 M' |) ]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）

AC115V 传导L 相

AC115V 传导N 相

! R, B, @3 i9 E& C" [2 V

AC230V 传导L 相

2 k" ~, U( _9 i3 G, N

AC230V 传导N 相

AC115V 辐射

: @9 s# m! @+ r( \' g% C( y, S

AC230V 辐射