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

% D& I8 E2 \4 L% P" d: u+ \+ E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。
+ e8 X. R2 {$ q9 o7 J
4 G/ s, F, F+ [! K01、样机介绍
. k. _5 y9 S# r  e" c7 _' `
9 [; W  @8 p+ ~' A6 U2 P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。
0 D. Q6 Q/ ?9 X/ ]

CR6890H_20V3A 工程样机示意图

" j; r+ l/ r+ v' P# h! ZCR6890H 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。

, M9 Y$ x% c1 T, h0 ^/ L特性

. u8 b8 \' r1 C# l2 w较低的启动电流 (大约3μA)

+ G- }6 f' y+ ~& }6 R内置软启动减少MOSFET应力

带有Peak_load 升频功能；

CCM+PFM控制模式
' S( U8 V" ]% j, x. t5 `
# W% _  E( H# f2 L4 h. D内建同步斜坡补偿，消除次谐波震荡
9 R& ~* v$ m4 e- Q# ?: R/ q% o
内建频率抖动功能，降低EMI
/ E4 @; o8 {, B# |! Q( s/ k2 D
% {; S# _( N  x) c- D3 J( _内置65kHz开关频率
0 _3 C+ t  z* \
7 g% ]9 T8 Q# t轻载降低工作频率
; G/ g+ u2 N5 i# Z
5 I" O0 v0 R% D* h9 ~: k6 x15ms倍频模式

( ]7 h1 i* k! K1 h& k可编程外置过温保护并进入latch

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

内置输出二极管短路保护
" ^& O. |+ x/ K5 m3 o/ c
: b8 D5 I1 `  h2 {& x1 n% g& k内置过温保护并进入latch

过载保护

* D. {! X% k$ a3 `6 ESOT23-6L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。

基本应用
6 T$ p% {" f% q9 x2 Z
AC/DC适配器
; X% z1 u4 H1 c  T% z
7 K8 o: w! g0 O- w& [( `电机类适配器
3 q* V/ h7 n% Q* Y( M  ]1 }7 ~! P. H
充电器
3 }3 A! `* Y. W, o
: B. a0 b! M; M1 Y6 H3 S存储设备电源
  {4 z$ O2 l& M
: k0 I: G6 f5 ^- u: s  i- L+ _典型应用

5 O( }" s( }, j6 y管脚排列

管脚描述
" m* t& x! J2 ]( K% U7 m, k
9 o3 J! I8 L5 R$ F! H

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。
! G& G8 C) r2 H
# g% B( I' G/ B: h, G+ R( \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。

! m9 o3 G1 E) c2 \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。
" `' N7 V; {  d' r  S5 `) q4 ?
02、样机特性
8 ~7 h, E) f# d
, c" l, S" a. m* B4 ]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/ c4 u; e! c* \2 q
2.1、输入特性：

$ L7 {0 P0 Y9 V: u; U  G8 Z2.2、输出特性(PCB END)：

- @  z  `) N2 z2.3、整机参数：
  }( ]3 a& N# L/ Z) M6 `/ O( d

9 Y% h7 q, M  j2.4、保护功能测试：

3 O. _& [" ^9 x5 Q; q  c) @2.5、工作环境：
1 y! t' k6 Q2 w3 D7 `5 q0 j

2.6、测试仪器：
- Q0 t( ~8 L2 y7 E

03、样机结构信息
2 X* a) ]  V! B0 A% v  {
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。

" C8 E) ?. K. d, S( ]$ }3.1、电路原理图及BOM：

3.1.1、原理图：

$ `) i% k: U( l0 N: {3.1.2、元器件清单：
; F) A: B" T# C3 T- D( H
% e9 o3 {, L3 Z  t

( ?7 i1 E* f0 V/ h4 t% P3.1.3、PCB 布局&布线：
& H; B% c% }2 D) r* z

PCB 顶层布局

. i' q: @" r  A6 A6 |+ t, n

PCB 底层布局

PCB 底层布线

3.2、变压器绕制工艺：
5 C  I( D" h* N8 H) e+ Q9 ^
* z+ @# V$ @! e6 |4 n1 P3.2.1 电路示意图：
& V+ b; E: S. f" L! R# ]/ \

0 R4 P# R/ z% @- H/ O3.2.2 、规格参数：

! v) w3 }$ z: _3 Q  q2 n8 G1）骨架：PQ2620 磁芯（5+5PIN）,Ae＝119mm²；
* p. y$ }" g( u' W2）材质：TDK PC40 或同等材质；
" Z5 I/ W) v/ K0 m4 u) {" C9 P3）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；
. Z# ^% u: g' I" I; C5）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）；
' @6 X; Q4 F' \6 X7 H* M5 y7）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）)；
$ C# k. g6 a0 C4 @" f" d, v8）耐压测试= 3.3KV 5mA 1Min；
9）成品要求:浸凡立水；
' l& y% {# \7 r6 M
3.2.3、变压器参数:

8 o# t2 D# @" K

3.2.4、变压器结构图：

04、性能测评
4 G# l8 E" B) C
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。
; W! L; M5 }2 `: H8 a$ w1 d# o
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。
# Z& E* J5 e6 o, H+ y9 {
2 w: C# M8 Q" t7 K表1 待机功耗

表2 输出接1.5M 18AWG Cable100%负载下的输入特性
  q; [6 P5 I: ?# B+ }* t4 o8 _6 M

表3 效率测试（1.5M 18AWG Cable）

表4 效率测试（PCB END）
; L& b5 y% A/ g7 U& i' D

表5 能效等级评估（1.5M 18AWG Cable）
- h- q$ G- R( x4 \" D

; _8 X4 t7 v6 `) A! m" h4.2、输出特性：

  `! F3 Q& M  e# P, l& _) E4.2.1、线性调整率和负载调整率: （ 1.5M 18AWG Cable ）

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。

! H  g( o) L3 H% h, _

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

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

R&N @ AC264V/50Hz,No Load

7 b. O9 z, Z: O7 q7 ^

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

4.3、保护功能：
8 ]1 U& {8 d& r/ L
& t' I. W* p8 U8 b; r以下涉及过流保护、短路保护的测试。

4.3.1、过流保护：
: F' e, r  S' \7 s1 Q. j
8 H2 ^. i% s5 `  T

: k9 p* O7 N/ r5 c0 \4.3.2、短路保护：
+ N! |( p+ J9 d  T; {: B7 I
. F; @' l# S5 H1 m& `功率计电流量程2.0A,开启平均值模式测量。

( a% H# U3 i5 E% {' V2 u+ _4 F4.3.3、Peak_load 功能测试：
) f$ ~9 K+ S% {
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。
$ {/ O, R! x9 L) w0 t9 e+ V* v
; a0 z  r' }" d5 r4 u% F

AC115V 发波周期12.6mS，Vo 最低15.6V

9 M; ~/ u4 G9 S. N! j

AC115V Peak_load 功能升频151.52KHZ

AC230V 发波周期11.2mS，Vo 最低18.2V

5 q, J  ]$ _# @% S& |, o

AC230V Peak_load 功能升频151.52KHZ

( P  f. N2 b9 H4 R4.4、动态测试：
7 q# t6 Q6 K# \( x, l- |1 _% H
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)

& G) V4 e' p  y  V

AC90V_5ms

AC90V_10ms

AC264V_5ms

AC264V_10ms

4.5、系统延时时间测试：

* u+ {  W* ^- @0 @

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

3 ?9 T5 H3 H+ b/ c" A2 B% x' I

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

1 Q" [1 I6 q$ @5 U; d$ I; j, P9 h1 g

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

4.6、其它重要波形测试：
2 G7 P# M' q1 P' F; O+ c3 l" i
3 t& t& X/ F7 }: J& z

AC90/60Hz，100% Load CS 波形

, a& ]6 `6 D1 V# F2 B0 x/ G

AC230/50Hz，100% Load Gate 波形

AC264/50Hz，100% Load 输出肖特基波形

AC264/50Hz，100% Load MOS-D 端波形

" V% J  v$ @  l/ F2 B05、温升测试
6 y- w: S' p8 h' z2 C
( Q" K3 A, |, E. r: E测试条件：带外壳在40℃环温下长时间带载3A 老化。

; {  T0 X" r& v( f

$ K3 n: f( L4 ]+ |3 K. x; d6 p06、EMI 评估测试

测试条件：
1 G$ q3 `6 |! @) r
8 ]0 {7 E& D  E# w. A/ k& w1 k1 m* u& K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 h9 c& X  K9 H  q( r
* Q% F# W. c2 K4 B# @

AC115V 传导L 相

AC115V 传导N 相

7 ~2 b) L. ], M7 G6 V6 x

AC230V 传导L 相

AC230V 传导N 相

+ U# r* A4 B7 O+ H2 Y6 j: m$ @! B

AC115V 辐射

& @; }3 f3 g! d: l6 u3 [

AC230V 辐射