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

; v5 ]. P# [5 C9 b
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 @, {, `7 C/ T; a01、样机介绍
: [* Y3 S# n1 q
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

  m, B" h7 O6 T4 J  q! {CR6890H 芯片
6 W5 `2 p3 h5 }( [# k
- [$ @. m1 D# E8 t6 |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。
& H) r( Q  J& @5 m0 V7 g  I& D: _
特性
3 }' q; N4 F; D) z
较低的启动电流 (大约3μA)
0 W' I3 L, f3 ^, V
. \2 I; _7 H; z) X3 T6 N$ ?内置软启动减少MOSFET应力

带有Peak_load 升频功能；
+ t8 `/ A  b( O# S1 s
CCM+PFM控制模式

, V  c$ n0 I) \' s: L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
1 t+ e8 v/ C2 {$ e0 P# ^0 _
内置65kHz开关频率
: J- @5 h6 L  ~' z! W
轻载降低工作频率
7 S/ J' [6 J% O9 P. V
, L! n. K9 o9 Y" B15ms倍频模式
! p, H4 X! |1 z
可编程外置过温保护并进入latch

: n7 ?1 J- ^' l* x) a4 }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
% b6 }% t$ Q5 y5 o& N
2 r* v) X% I2 n5 l内置输出二极管短路保护
5 D# {5 }& C: J! Q& M8 J
内置过温保护并进入latch
0 c- `6 \1 F; [
过载保护
0 E+ s0 o4 g) y. ]
# B, H/ V  _! @/ A) o$ S6 uSOT23-6L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。

( A# |& \- u& X" n$ ~基本应用

1 N2 D1 ~5 D( w: ]1 XAC/DC适配器
" t# w- @# e4 o3 v- W
9 ?3 U# j& @' q( L) m( k- R电机类适配器

( d4 N$ W% H  Z3 F# ]充电器
4 T- V; h% d2 V2 H/ T- a* M0 {
7 ~4 T2 i0 z# a* D1 k$ R$ t" Z存储设备电源

' A6 e9 H( \: f& n典型应用
4 W+ D; R9 t7 j( ?) T0 z* p0 c2 n
4 w( J/ G2 N3 c& v0 @* d

& c$ R* o0 Y( @  j- J7 {0 d9 O# ^: x管脚排列
7 V2 a# C3 a, V6 o2 Z0 M2 h
' L  K  n; W  P( n

管脚描述

: d$ X) W$ A/ F1 Y

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。
+ |- x/ ^, Y6 c- F) Q8 I
' `5 o' d5 l2 L/ j6 G1 u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。
: o( G* R1 z8 G# ]0 F
+ h9 |! f  x; s* J& R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。
& H6 ^! H7 e  A- P/ t1 X8 Z- c
2 ]* H& B1 }; P02、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。

2.1、输入特性：
8 m, J7 k6 H* n# f/ o9 \3 t

2.2、输出特性(PCB END)：
4 D; b2 a! Y. j  E7 K) R

7 \5 s' B6 x. T; D8 h2.3、整机参数：

0 V% ?! W1 g0 a; H8 f6 K2 k2.4、保护功能测试：

1 \0 t) Q: e/ A, t' x- K2 o9 \2.5、工作环境：

& M1 x/ t% O! j) |# B/ N% W3 n2.6、测试仪器：
7 H$ _9 I+ o. I# e0 s+ t* ]

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。

3.1、电路原理图及BOM：

3.1.1、原理图：
6 _9 ^) Y$ G3 F. O$ i, b
& k# F  c/ g' Q+ ^  {

3.1.2、元器件清单：
3 O; @* G- B2 Q5 j5 j7 K- O. e
7 ^, q: x* F4 s7 o4 J+ `, `

6 `% l2 p/ q' g3.1.3、PCB 布局&布线：
1 w# I9 R* ?+ R% y

PCB 顶层布局

) ^/ W3 `1 b. [8 W& q  s+ }

PCB 底层布局

$ {# M# L8 F) {8 H; k

PCB 底层布线

3.2、变压器绕制工艺：
$ i  j% H1 h' d5 ?7 W5 }# f* g5 x# l8 W
3.2.1 电路示意图：

3.2.2 、规格参数：

: U* O4 @! m* D) [, V. J1 u1）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；
2 F. h9 Q7 s2 E( ^/ s$ H" P, j6）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）)；
0 g; k0 o/ ]5 O7 k7 q# E# d% Y6 |8）耐压测试= 3.3KV 5mA 1Min；
9）成品要求:浸凡立水；
5 A2 ^' S6 i) l( I& m
+ i; G. v; d0 o  |5 b+ G1 i  }9 t9 p3.2.3、变压器参数:
" ?$ a* i' `+ A/ c
" |( T7 a* q' p( i* M% x1 x+ d

3.2.4、变压器结构图：
6 d: h' \8 ^( M& l" B* ]. x' o

$ t% g# ^# V# `9 \, F04、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。
+ z. T7 w) ^0 e8 o
4.1、输入特性：
; z/ h! e$ {6 s& J) W0 _
, r, k9 M) T) m9 d7 r# k$ N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。
5 G' }" I9 A" I
+ B* L3 \" j: Z# P/ _0 u3 |表1 待机功耗

6 \. l5 e7 Q4 r8 a% Q$ w* T( b表2 输出接1.5M 18AWG Cable100%负载下的输入特性
7 U1 ]: A* ?  [, w8 t* X4 w* b/ y! ], d

! Z  {* K0 d5 y表3 效率测试（1.5M 18AWG Cable）

表4 效率测试（PCB END）
; R. h& Y) k: t2 }2 U

表5 能效等级评估（1.5M 18AWG Cable）

4.2、输出特性：

* h; S; D. n, O& I4.2.1、线性调整率和负载调整率: （ 1.5M 18AWG Cable ）
1 w& g% A; Z. @

1 e( {1 J+ Z0 E) j: L# l. P7 m
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

& j- b: J9 q7 |  D5 o

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

6 @: q7 a6 Q% a: U: ^/ D* J0 I0 V4 F

R&N @ AC264V/50Hz,No Load

0 f  l0 l6 t( R0 C/ `2 j: g; q

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

3 r3 A9 y  q9 ?4.3、保护功能：
3 L/ ]; u5 D$ u) Z- G# \, W
以下涉及过流保护、短路保护的测试。

& N9 s" Z: N7 f+ h# r5 d& F; f4.3.1、过流保护：

1 V' f1 T3 e5 s

4.3.2、短路保护：

功率计电流量程2.0A,开启平均值模式测量。
+ N. r3 ?/ e1 ^& h) U

. ?$ A6 s3 F+ u3 t# i4.3.3、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。

AC115V 发波周期12.6mS，Vo 最低15.6V

7 H& \4 ~  v( f0 U2 @1 l! N1 O$ {

AC115V Peak_load 功能升频151.52KHZ

AC230V 发波周期11.2mS，Vo 最低18.2V

5 d$ ^+ N; `. u! N

AC230V Peak_load 功能升频151.52KHZ

$ ], Y% Z0 U- [! g+ d4.4、动态测试：
& Q2 s- ~* C% U% y+ n& i/ ~
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)
* b( s7 t, }& R2 M1 C1 |, X. @

AC90V_5ms

AC90V_10ms

$ [/ W% r* B* W9 K) S; V8 \

AC264V_5ms

; d8 f: ?9 W: c# h) p

AC264V_10ms

4.5、系统延时时间测试：

) V: r) u9 W3 y, j1 @9 A' h

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

5 u) g/ w5 Y, t& X; G+ l4 l& C4.6、其它重要波形测试：

AC90/60Hz，100% Load CS 波形

AC230/50Hz，100% Load Gate 波形

% c% W7 x6 b& [9 j+ f; H, X+ i

AC264/50Hz，100% Load 输出肖特基波形

AC264/50Hz，100% Load MOS-D 端波形

05、温升测试

2 J' s+ J& A' k& v* u测试条件：带外壳在40℃环温下长时间带载3A 老化。

- N7 H$ @' h, z7 B: U/ P$ `5 K! B' R

06、EMI 评估测试
9 S$ [5 K- C, k' ?
% y, }1 n3 T* S3 p- v* J测试条件：
7 X- o8 c0 z- I0 J8 K
8 l4 j. u( i3 u* N* _输入：AC115V/230V；水泥电阻阻值6.67Ω，带线1.5M 18AWG 测试；
  u' P5 Z& O3 |0 d: `- b限值标准参考：EN55013、EN55022B。（测试结果仅供参考）
$ B6 \2 k& k9 C7 M! j1 H

AC115V 传导L 相

AC115V 传导N 相

AC230V 传导L 相

AC230V 传导N 相

AC115V 辐射

AC230V 辐射