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

; o& N/ V& Z9 p$ L% z" M  d
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。

5 m" [) e! [# N01、样机介绍
- k/ `- `# s8 \4 ^2 C
* b$ j: Z: ], s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
) W) {( _6 G) C! {( z1 v; f/ l% S
; `' i# Q2 `/ m/ w7 V6 ~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。

特性
  S/ Q) f/ Z. i6 I3 m
较低的启动电流 (大约3μA)

内置软启动减少MOSFET应力

3 N# F) T) x6 M( C$ s2 O  H带有Peak_load 升频功能；

) B6 c7 w% T" R- q8 n- }' R0 y4 sCCM+PFM控制模式
8 U+ A2 e- \! [. p: Q- q
: y2 R) I* O. G& F6 x3 Q; ^内建同步斜坡补偿，消除次谐波震荡
. |; B' u/ o( z# W6 D
内建频率抖动功能，降低EMI

内置65kHz开关频率

9 ~# D( }! Y5 w) ~) J轻载降低工作频率
1 h& N& A# L7 n4 A" y% u2 Z
( D! ]3 i) H) p2 X15ms倍频模式
. o) Y/ g( }0 g$ o- |& U) W
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
8 O5 s6 P! \  w1 ]: D1 ^+ Z) M
5 q: @$ K/ ]  x9 I6 \内置前沿消隐电路
) b3 W: V& T3 Z+ w' i
; a% a& ^& X+ E3 f8 s4 B  `- S! ]内置输出二极管短路保护

( r$ ~1 g/ I) {: u内置过温保护并进入latch

过载保护
! P+ _4 o3 |6 n9 J
! P+ X+ T2 G% R# }  D5 R% fSOT23-6L封装
. g& h* C8 |! v# D) x
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

  V. p2 V; K; EAC/DC适配器
1 E! J% c/ R0 }. s) n; h% F* d) U
; K$ n2 @7 N0 Y# G) l电机类适配器

! O1 X7 D- V0 e" `2 Y8 f充电器

' E# _( L+ I# z" \5 y! l. M存储设备电源

典型应用

管脚排列
  |9 X; }0 o9 b- }; y+ y
( s( P: X; p; s

管脚描述
0 f% y: s' z% w5 b$ n6 ^0 C

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。
% M  A& d4 A5 z
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。
% U. Z$ _8 ^6 \' c+ ^. `$ ~
- B: Z8 G, U4 Q' _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。

7 ~, e* d2 h$ d02、样机特性
/ X6 \1 o9 g  n1 C
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：

* t4 A$ t) s% q7 w: ]2.2、输出特性(PCB END)：
; w) e5 u- ^9 t, J8 F

2.3、整机参数：

  D4 c/ W1 i9 s7 `( k$ g, U2.4、保护功能测试：
, v1 Y# E1 d" g) K. V4 i1 u

7 M: l. B3 r; |$ j4 e7 o  V2.5、工作环境：

2.6、测试仪器：
3 x  A/ q5 K- o7 K" ]

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。

' j$ p- u7 S3 |) n# N* l3.1、电路原理图及BOM：

3.1.1、原理图：

3.1.2、元器件清单：

3.1.3、PCB 布局&布线：
& j4 k5 Q8 u/ u; g
) H5 Y+ `5 d0 W) N  t" P7 ^

PCB 顶层布局

PCB 底层布局

/ L1 `  x6 O5 S0 `' w% T

PCB 底层布线

3.2、变压器绕制工艺：
! V4 J* g% w7 U7 b7 {
3.2.1 电路示意图：
+ P( E6 G: B/ F% g6 v4 g

3.2.2 、规格参数：

* b6 K/ L3 D! U+ d( v1）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；
, a7 W- N% V. D- E4 B& Q. x+ h8 H4）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；
* I2 {' [3 O$ x# V& B; ?) c9）成品要求:浸凡立水；
" n: K4 F. S8 t, z
9 G# n7 Q! v9 R: X6 f3.2.3、变压器参数:
- L/ H; P$ C: r& A
4 S& c6 ^- i3 T) E1 }( Z+ X5 K! [

. Z2 h" K: W- q: l3.2.4、变压器结构图：
% ^/ g1 k& l  j% g  [$ \8 N, A

. P$ n' y" B3 ~04、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。

) ~  n) w1 j5 _% L# g% f4.1、输入特性：
" k7 }/ e) k% _) n; w4 W; h
" I" K; V) H/ j2 C. a$ _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。
% ^0 w9 U* v' n
表1 待机功耗
4 n+ P) R/ p  R% @* _

! J$ S% w8 z5 I6 W4 Y表2 输出接1.5M 18AWG Cable100%负载下的输入特性
( a% i; F: Q- w7 D) i$ A

表3 效率测试（1.5M 18AWG Cable）

表4 效率测试（PCB END）

. v# n- v, o9 q7 `& n' ^" s表5 能效等级评估（1.5M 18AWG Cable）

# }( S- y! h  E/ X7 W" e2 r4.2、输出特性：
% V- r+ M. \% f. F3 H8 K" U# Q3 v9 j
6 w# r3 ^! b# H; \$ ~4.2.1、线性调整率和负载调整率: （ 1.5M 18AWG Cable ）
$ o" {  x# j: t3 k

% [& W3 b, z# e7 Q9 F
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。

" k1 E9 H1 Y" q' I( U, a: M0 |1 W* F

2 \# y# o( H- A0 Z2 q  a4 R) {

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

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

R&N @ AC264V/50Hz,No Load

5 n& s+ |  i5 N& }# W

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。

8 k: ?. D8 z$ {8 F, C4.3.1、过流保护：
3 M3 r: m1 f$ Z2 Y$ D* I
- w8 y# a. P6 c$ e/ Q

( T* k5 m/ b3 \( P% L$ W4.3.2、短路保护：

功率计电流量程2.0A,开启平均值模式测量。
) m$ V# V; k( _+ _0 f
% ^9 K% Y1 S+ \& a

4.3.3、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。

6 W4 w4 c- W' y

AC115V 发波周期12.6mS，Vo 最低15.6V

: G9 V' i" a! ~& \

AC115V Peak_load 功能升频151.52KHZ

AC230V 发波周期11.2mS，Vo 最低18.2V

# a- m( ^4 {# A3 @

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)

9 d9 m' i9 P( A

AC90V_5ms

AC90V_10ms

, R5 |' ?2 e2 b8 E

AC264V_5ms

AC264V_10ms

* ]$ N" c  J5 X  F6 B/ I4.5、系统延时时间测试：

/ w0 z/ L- E- D$ ~4 u

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

  i8 b! ^( T, m. E6 K

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

$ q8 d- T6 @: ~4 T

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

; l$ y0 t0 b5 V% T4.6、其它重要波形测试：
2 }- L% B- m: W) V9 t- i4 v
* w& l2 g0 Z( Y/ s2 J+ N$ V( I

AC90/60Hz，100% Load CS 波形

. s% S7 }, S0 R/ W

AC230/50Hz，100% Load Gate 波形

AC264/50Hz，100% Load 输出肖特基波形

% E6 y1 {0 {9 W2 x0 X' C

AC264/50Hz，100% Load MOS-D 端波形

0 T' F3 ^' k, G4 L: s% G05、温升测试
$ g3 a$ A8 Y/ ]# n
测试条件：带外壳在40℃环温下长时间带载3A 老化。
6 `( T8 S  s3 Y$ O- E$ V( M# U

06、EMI 评估测试

测试条件：

输入：AC115V/230V；水泥电阻阻值6.67Ω，带线1.5M 18AWG 测试；
- M& V' j7 V6 G% w% h( h. [限值标准参考：EN55013、EN55022B。（测试结果仅供参考）
4 b/ A+ s6 D/ c: U

AC115V 传导L 相

AC115V 传导N 相

AC230V 传导L 相

AC230V 传导N 相

+ H  O( O; B3 R4 H

AC115V 辐射

AC230V 辐射