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

6 W! }8 }+ Q. q2 {$ W5 ]) H
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。

. {4 t; R) _. x- f7 n01、样机介绍

8 b9 Z+ w; \8 }( 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。

& w, P7 x+ ~9 I( c$ J$ r2 T

CR6890H_20V3A 工程样机示意图

CR6890H 芯片
$ r0 p3 a7 |* B) I* T7 U, t
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。
+ R- C" q. u0 V+ i* `. v
特性
$ O4 Y/ y" M: w, n0 E
% }* `# O, x! ^& \: w  [较低的启动电流 (大约3μA)

内置软启动减少MOSFET应力
7 ~+ M6 c3 @  Z4 a8 X4 g8 O$ F) L
带有Peak_load 升频功能；

. N( }! f/ G( c6 V7 sCCM+PFM控制模式

内建同步斜坡补偿，消除次谐波震荡
/ {$ _  o+ D& _# H( y5 C1 l
# k4 T$ c# `5 c/ {: D. x' B/ @, k内建频率抖动功能，降低EMI
" y" [" Q% `( a9 z& |3 N
内置65kHz开关频率

: h- H2 j& E  F$ d" D8 D; }1 Y1 p) h轻载降低工作频率

15ms倍频模式
3 m- M! d) j' q
可编程外置过温保护并进入latch
2 `! }; {, Z* h, \' W: g) j
VDD过压保护和输出过压保护功能并进入latch
9 Y# t) ]! {( P! E" l
内置前沿消隐电路

内置输出二极管短路保护
) u- @7 T) p* R2 y
! l0 r  A" E7 d内置过温保护并进入latch
( n# G4 S, R7 o* x' [
" I$ I  K# b1 R: \* o1 R% \) ^过载保护

SOT23-6L封装
, L5 }% v4 B! Q1 i7 b/ k7 y3 }
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。

2 t9 q+ [  J$ c& u( K9 L基本应用

& s, ?; X- B; P" ?6 h: qAC/DC适配器

1 V0 E& e& `" m2 J- z电机类适配器

充电器

1 C# B0 \+ c$ @3 |  u* m存储设备电源

典型应用

1 f8 h$ G6 f- S: z1 C  I- p

3 i( f; M' B( `3 |6 z管脚排列

管脚描述
0 W- \4 V3 T. z% V* v

* v  u. {2 N* 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。
. s  l5 b6 O7 \6 s. R7 ^  y( V
( G+ N# H4 m  n- m% x2 o2 k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 X* I; w' y2 \* v3 S
+ o* v4 u; _9 V( O* @2 f% X. A+ u02、样机特性
* n& j: y1 V: b4 U
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。
9 O: t; A( L& L6 Y. w
2.1、输入特性：
# ]  V$ V; s8 |$ X9 E8 n

: q: _+ b# B$ @, L, d7 y7 b1 _  b- A
2.2、输出特性(PCB END)：

" k7 u) y& J% r! Y8 s
* O& E$ c! y. ~2.3、整机参数：
+ o; b+ x* Z5 _* d$ \

/ o5 I0 h0 z/ e# g5 y3 X: B2.4、保护功能测试：

2.5、工作环境：

& @. j' `: L! T1 o7 g) @5 E
- W3 X* [3 A# c2.6、测试仪器：

03、样机结构信息

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。
+ K: V: K/ N) E* g. ]8 L/ w
8 a$ h2 ^+ |2 |% n( f0 k3.1、电路原理图及BOM：
  F9 R* b3 b$ W7 a
* }2 N$ a$ `7 r$ q3.1.1、原理图：

% y& `, X3 e& a* y0 R

3.1.2、元器件清单：

" R* a0 Y" a* Q+ Y1 ?2 @, {2 Q4 L0 \

. X. f' A( v& X9 ~. E' D  p3.1.3、PCB 布局&布线：
  ~! D# C) k  c
3 p7 p; ?3 k5 D4 y% f; e

PCB 顶层布局

: W9 K" ]: |/ O) I

PCB 底层布局

PCB 底层布线

3.2、变压器绕制工艺：
6 t% }+ A5 R* Z
3.2.1 电路示意图：
1 m2 I+ [9 w: g$ C

3.2.2 、规格参数：
+ J; r+ A4 {7 c% c$ V$ p8 z
1）骨架：PQ2620 磁芯（5+5PIN）,Ae＝119mm²；
2）材质：TDK PC40 或同等材质；
+ w" d9 t" e/ O9 m/ h3）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；
$ h) l/ D- o& B: y/ B) W5）绝缘胶带:3M900 或同等材质；
5 P0 c3 h+ x8 e6）初级绕组感量Lp：0.6mH±5%（测试条件：0.3V，10kHz）；
# Y# @4 O+ J( T* a6 E7）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）)；
) K' M0 j0 R" J4 g( C! D: }2 k9 R8）耐压测试= 3.3KV 5mA 1Min；
9）成品要求:浸凡立水；
6 _6 h* ?2 y: V" |- Z) p; S
2 O7 I* H- ^5 Q! b9 |3.2.3、变压器参数:

3 M1 H1 G1 U) \: [1 w: w4 z7 ?' d+ {3.2.4、变压器结构图：
8 V" K% q' c- a7 A+ t* \

# x, K* w% m) u! q# Y7 G04、性能测评

( t1 |3 t; u! l( R& S, L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。

4.1、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。

表1 待机功耗

表2 输出接1.5M 18AWG Cable100%负载下的输入特性

+ B1 F9 V6 E6 c/ d表3 效率测试（1.5M 18AWG Cable）
' I' Y, Q+ Y( X

9 o. b, B% W) G* ?; q0 j表4 效率测试（PCB END）
8 x1 l% z2 w4 \" _4 d+ \7 u

表5 能效等级评估（1.5M 18AWG Cable）
( g) G) C) P9 ~: `, k

4.2、输出特性：

1 L+ ?8 m: a: ~+ Z6 a4.2.1、线性调整率和负载调整率: （ 1.5M 18AWG Cable ）
( S0 A9 L4 U1 ?, B% R6 Q1 E

- ?3 Q* `) V; T
4.2.2、输出电压纹波：

( [, c. O! [5 p0 c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。
1 C* i$ Y& q' J% B

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

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

, a2 J  X8 b- w  x1 x4 a2 J

R&N @ AC264V/50Hz,No Load

2 Q4 R" M. \. [! g

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

4.3、保护功能：
0 b/ H! b. j( r: Y# q
以下涉及过流保护、短路保护的测试。

' s# W; s+ R  r& k0 h+ {4.3.1、过流保护：

$ M6 l4 h3 ~( W. }: |

4.3.2、短路保护：

3 o# F) u, h0 @- L; j功率计电流量程2.0A,开启平均值模式测量。
2 k. J& K" t) j+ B* P

" v% Z" B: Y: O$ \9 u4.3.3、Peak_load 功能测试：

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。
% d' X. Z; I* P4 y, Q9 p. R! }
3 F5 Y' G' p- E& j$ [) \6 |/ j9 L

AC115V 发波周期12.6mS，Vo 最低15.6V

) ?; ?! I) \  a! _/ j! C

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：

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)
5 F- w5 a- ^: L6 g( Y/ F! }
* P6 v; Q7 X2 a; M( H: |

AC90V_5ms

AC90V_10ms

AC264V_5ms

) p( d% `. V0 F, `

AC264V_10ms

; ]0 M: G3 J) M4.5、系统延时时间测试：
3 p9 Q$ S$ w# [2 B2 ]4 U
( o9 @' ^) [; h0 F  Z: c

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

  U* T* |$ A1 ~& p& l

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

AC230/50Hz，100% Load Gate 波形

AC264/50Hz，100% Load 输出肖特基波形

7 |1 b  C; ]# i, p$ S  A: R* i6 c5 a

AC264/50Hz，100% Load MOS-D 端波形

  |, X# E  Y) o% Q05、温升测试
9 {$ C2 k( o; W- I, c, p
测试条件：带外壳在40℃环温下长时间带载3A 老化。

5 N+ W& P6 k- {

06、EMI 评估测试

测试条件：

4 I! n5 h- `9 E4 E& W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）
6 Q' R% p0 N" r4 T: ?. \, |4 }- v

AC115V 传导L 相

AC115V 传导N 相

; e7 X% \& P! R- h' r4 K+ n

AC230V 传导L 相

/ r9 m' `, y8 `, s* d4 ^! j- T- e

AC230V 传导N 相

0 D/ e) M2 F+ P( Q3 [" a* R

AC115V 辐射

/ J5 X* J* `& l

AC230V 辐射