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

# o8 t: Q( K# `! ?
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。

3 A, _/ K" w" v- [2 u* k01、样机介绍
: p8 ]9 W8 P" j* l2 G9 X) b
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
# g4 _6 Y6 O  K! e# 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。
0 a4 R6 k- Q. b1 V- p# _, U
5 V4 K, ^8 `7 Q% O0 q9 }特性

7 h' _9 j6 a+ R( a8 u* _  b: h# z8 e8 z较低的启动电流 (大约3μA)

3 X) S) ]  ^7 R) @- d内置软启动减少MOSFET应力
) t8 s$ M- u; e/ N4 O; F# h
% y$ F: ]8 T( N. k  f4 u' }+ `, T带有Peak_load 升频功能；

CCM+PFM控制模式
1 l4 B  \3 C8 n
内建同步斜坡补偿，消除次谐波震荡

4 w( U3 x5 t  F0 A! `内建频率抖动功能，降低EMI
( X8 _9 T' w& D) d2 w
内置65kHz开关频率
/ s! I' U; i" k" s
( n/ a, k: p; k5 `( R轻载降低工作频率

15ms倍频模式

可编程外置过温保护并进入latch

6 |7 Y* b: R8 q; @VDD过压保护和输出过压保护功能并进入latch
3 v' {6 D$ k* H  R# {+ G  E! u
7 A0 E6 v5 A: X. P' x6 [2 m- @内置前沿消隐电路

内置输出二极管短路保护

4 S$ A& n3 o  Z) K内置过温保护并进入latch

& r* c5 G1 y, d( p% q$ O) b过载保护
4 I/ Y3 ?4 g5 }- T
4 L5 K/ x% ~8 j( Q- k  YSOT23-6L封装
9 q3 c, q; N, }5 t2 ~
9 g' s  K' J# t  ]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。

基本应用

6 z2 F+ B$ i( ^: A. Q+ }7 k7 LAC/DC适配器
* Z* D" A- g; V, n
3 e' W" W- r) P; h电机类适配器

9 `! N7 H2 V' K$ J( s" y( ~充电器

& L$ S4 A. t  u; {3 ~存储设备电源
4 Q9 n3 N4 s$ h1 {) o
典型应用
% u: ?( F& W( s- K6 N
  T: R6 W! @4 g- j  y

管脚排列
! J, a3 B3 p; B2 U7 ^9 y6 l
& o! v$ @! w* A& @! s- F

管脚描述
& G  M8 ?% ?1 k* I
5 l  x' w  P& S2 k% q% d0 o& c' S' w/ }

! M. a) W7 \" [8 n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。
( B5 \7 y5 l5 C$ l3 N; s# M
' R* H' t7 ~2 H$ g02、样机特性

6 V* @! _% ], L- M. h/ f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：
3 X# e! e& v' U9 y' _7 ^0 |+ w

, j' J" @0 L$ H9 Q# f: o
2.2、输出特性(PCB END)：
) A8 i1 w7 ^  A7 t* f0 n

- H+ `! P$ w, J; T
' ^1 P2 ~, _( M; y6 X  i2.3、整机参数：
/ a  u; c" ]- Q

6 W( ]: d  V5 E" P0 y8 ]2.4、保护功能测试：

2.5、工作环境：
7 @, ?4 e: y! ?% z3 p0 u1 z

2.6、测试仪器：
( C! ?. ]8 B2 V

03、样机结构信息
, [! t& w0 r0 G3 u, Q& H/ J
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 N1 P, q( X/ K1 _" @) a! T/ [
  P$ s: ]6 T2 ^4 G; f5 A3.1、电路原理图及BOM：

, o5 Q2 r$ q( l3.1.1、原理图：
: ], H2 r) h% P* F

3.1.2、元器件清单：

* {* E  Y+ U+ s7 }1 U3.1.3、PCB 布局&布线：

9 b: d& M' o: v# ^  D

PCB 顶层布局

0 l, O9 o1 c+ e* c$ \- e

PCB 底层布局

PCB 底层布线

3.2、变压器绕制工艺：
% x9 v# Z0 N( }- [0 {
3.2.1 电路示意图：

3.2.2 、规格参数：

4 b, @) [1 a2 ^: A1）骨架：PQ2620 磁芯（5+5PIN）,Ae＝119mm²；
7 l% t; G2 M+ s1 w+ W. v2）材质：TDK PC40 或同等材质；
0 H' \! I4 _. x6 j, N3）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；
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）)；
8）耐压测试= 3.3KV 5mA 1Min；
4 _2 E* t2 j4 S2 z8 X5 `9）成品要求:浸凡立水；
, D7 i; y8 y5 y) j; B% y
( e6 J5 f# o7 D) ]! _* [3.2.3、变压器参数:
9 [5 |) l9 g* v4 D  U+ i

4 z3 |1 j2 {: C5 _% R  x+ O# M3.2.4、变压器结构图：

& g' W) \' [+ b; ^' a6 w04、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。

1 [. \* H  V/ E- I6 F0 [# Y  Q4.1、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
" }! J* E7 P) M# `0 C/ i2 s

表2 输出接1.5M 18AWG Cable100%负载下的输入特性
3 h" x4 S( q& K

; e" G1 m& g$ O6 C: e* T表3 效率测试（1.5M 18AWG Cable）
5 i" w- v+ p. b1 ]6 d

表4 效率测试（PCB END）
6 ]  {" t, l& P

表5 能效等级评估（1.5M 18AWG Cable）

4.2、输出特性：
5 L' t  P) |# b3 K% Z5 W+ [
4 x9 @2 d2 m: K) p3 O  Q3 d$ g& A+ b4.2.1、线性调整率和负载调整率: （ 1.5M 18AWG Cable ）
2 ^- ~. {$ [1 z7 F/ p- [7 m

1 ~" @+ A* ^0 i  `, T+ p4.2.2、输出电压纹波：
2 b3 ^' V  g9 }
+ q3 ]  [/ {) F! T- ]# s+ e  i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。
/ i7 u. ^1 c( V! A) b# e
- T' V! h& S3 |# `7 r( _; E/ D2 Z1 k

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

  c: f4 N- ?3 o& c3 x0 e. S  k

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

' @' @9 F' h) i- l/ I( u# S* i

R&N @ AC264V/50Hz,No Load

& t; v$ r0 H+ N; U+ f' L

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

4.3、保护功能：
. E. W& L$ c8 u% E% p) Y
以下涉及过流保护、短路保护的测试。
, o  q! c& G. _1 H9 ~0 p$ k7 `
4.3.1、过流保护：
' p& w" i8 G/ P, Q$ d7 S# g0 s
4 A3 L# y* V- {, a' i, F6 m1 Y7 X) T

4.3.2、短路保护：

+ C$ }+ [) b# V4 r) p功率计电流量程2.0A,开启平均值模式测量。

1 O8 ], b& p/ W' G

4.3.3、Peak_load 功能测试：
2 J& B/ ^$ H! c' \
. V1 M& i/ o' `& |1 F5 u4 F3 Z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。
$ s$ e/ b  x+ h0 y( s& n! l

AC115V 发波周期12.6mS，Vo 最低15.6V

  _! o! N  J0 ^& j

AC115V Peak_load 功能升频151.52KHZ

AC230V 发波周期11.2mS，Vo 最低18.2V

8 p. a4 Y0 z9 W* S

AC230V Peak_load 功能升频151.52KHZ

4.4、动态测试：

) p" d- p) g. p3 H# Z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)
: h! f- D  y$ e$ _+ N6 M9 W

AC90V_5ms

AC90V_10ms

AC264V_5ms

! k! @" I1 n! q4 J

AC264V_10ms

4.5、系统延时时间测试：

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

1 f8 c4 b' I: `' ?1 J7 K

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

; ]) }0 l' ~$ x$ U% G1 p4.6、其它重要波形测试：
0 y1 v$ k5 \' A5 N$ L% L; ^1 y) ^3 d

AC90/60Hz，100% Load CS 波形

AC230/50Hz，100% Load Gate 波形

5 }$ H/ V6 v% O$ Y- C" Y

AC264/50Hz，100% Load 输出肖特基波形

) c9 z. D  e2 u2 j

AC264/50Hz，100% Load MOS-D 端波形

/ g$ x' Y6 D( u5 X6 Z. e1 N3 G& t( \05、温升测试

3 K( k$ D) C# {$ Y测试条件：带外壳在40℃环温下长时间带载3A 老化。

4 {4 y) k  f. Z! z. Y2 f

06、EMI 评估测试
% M0 v4 b$ J) @+ V
3 V" h% {" H9 n( `" n( T9 W: p# A测试条件：

1 V* J  B- t" A: O# }% E7 _输入：AC115V/230V；水泥电阻阻值6.67Ω，带线1.5M 18AWG 测试；
8 G( w! G: {: u* o! v限值标准参考：EN55013、EN55022B。（测试结果仅供参考）

& `9 Q" ~& z7 [. N" Q4 @) W

AC115V 传导L 相

AC115V 传导N 相

+ m  y! n0 s( ?! x. H2 I" m

AC230V 传导L 相

4 d& z" E  U# \/ Y2 X/ u& e& ~9 e

AC230V 传导N 相

AC115V 辐射

AC230V 辐射