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

3 ^; G5 e( v- M5 o, O+ S
5 W4 [9 W/ _; S* p. V- @* f' f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。

: g$ i2 {  z2 n4 V; c6 s01、样机介绍
) E6 H: C/ J' H/ L0 q; D
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。
$ b% ^7 `5 ^( t7 P" E! x6 A
: U8 a( \: ~& }' l* t; W

CR6890H_20V3A 工程样机示意图

CR6890H 芯片
7 G9 t  Z2 B  F# 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。
% L0 w. G; m* E6 B- Z
8 Q6 {$ {# Y! q- q- i特性
4 ~) u0 H8 c) e
( _' x8 |9 i1 W7 Q9 V较低的启动电流 (大约3μA)

0 h% @+ j( ^: Y0 S, m! s内置软启动减少MOSFET应力
6 {/ K3 J" D* {, v9 L
! \& i% {: O" o1 l: F带有Peak_load 升频功能；

! R1 ~5 x6 ~8 g! VCCM+PFM控制模式

9 ^. N2 w6 B/ o0 y: [内建同步斜坡补偿，消除次谐波震荡
0 G8 ^: [0 a* O6 C7 L: k* L
& ?) @; e5 j0 S+ q# I- x内建频率抖动功能，降低EMI
  U  v6 ~- Y" ^6 Y. v2 [% s
8 V3 o4 H6 N0 G5 P$ _* ]; W内置65kHz开关频率

6 O& j6 Z' h& O5 E轻载降低工作频率
% g  h' ]5 f& Q9 [' G# r: E% o# ~
* }: m, s0 n& z* f% {, E! c15ms倍频模式

2 c/ ^+ H6 Q8 Z* U4 r% T, O8 w. U* U可编程外置过温保护并进入latch
& ]4 w: _! w$ s& p: j* g7 X
/ r5 u) t4 ~5 h; g+ zVDD过压保护和输出过压保护功能并进入latch
1 g2 @1 m8 A2 i5 K& I
% \- E, d  w: H8 T内置前沿消隐电路
& F& H9 q/ z: o6 Q
内置输出二极管短路保护
0 k( [; a9 U' R+ y0 K, C# u
5 |" @. b- Z/ R7 i+ _内置过温保护并进入latch

) J# L! G. U- E; v' [) O; E过载保护

SOT23-6L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。
" y$ z1 h4 N. S$ b8 h
0 z$ w& ^; s5 Q6 ?基本应用

AC/DC适配器

4 P- M( L1 b; Q$ P2 I1 x电机类适配器
4 N! _) v+ @/ N! c+ U
0 ^, C! Z, T" C/ Z# I充电器

. @0 r9 A( m3 X5 h7 V存储设备电源

2 |9 v' i; }( m" x  A3 m" H典型应用
; q; Y! ~9 Z% n) }8 w- [1 C

管脚排列

管脚描述
) X( _# x: \. T7 A- c6 B6 v4 ^

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* E$ Y/ i" P/ l2 L5 s8 L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。

# Y( t. F3 k5 E6 o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。

02、样机特性
+ d( d. G' s8 Y  P
7 H' T+ ?' F' G) n! O. z/ W$ 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。
. k( @" E! z1 W# }
+ I2 k: ]; D0 l0 C. k1 }2.1、输入特性：

8 w( V  K$ B& x  w
2.2、输出特性(PCB END)：

2.3、整机参数：

2.4、保护功能测试：
) p6 o4 X, {: R8 K

" O/ G# w0 d: \7 Q. o2.5、工作环境：
! M# C% t9 T- r8 a6 n( y' |

6 [' @; v  T. H- W: E5 n, S2.6、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。

: Z( g& h8 r% B) Y9 ?- ~" y$ R3.1、电路原理图及BOM：
: P+ ?. U4 z. b* T! O
3.1.1、原理图：
5 k# y; ^  X- G/ e

6 ^5 j4 p, A( ^" Y8 w2 f, f3.1.2、元器件清单：
* i3 C( u- c& W9 }- s/ w: D
# Q2 V9 P" v( M& `( v

7 Z  A+ |% q- f) r: q2 ]+ j3.1.3、PCB 布局&布线：
7 }9 o! p! _" ]+ N4 ^! y

PCB 顶层布局

PCB 底层布局

PCB 底层布线

3.2、变压器绕制工艺：
8 M$ L8 p7 [: b( G: D) p5 t) F3 Y9 d
3.2.1 电路示意图：

( |' a3 }" b  O3.2.2 、规格参数：
$ y, J/ ]5 S/ |( L' e; Y* r
! t5 }( N1 K( B% ]1）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；
4 x/ ^! h5 J- w  b  ^8 U5）绝缘胶带:3M900 或同等材质；
; a0 p' S0 K2 A$ I0 z6）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 H+ v( }0 |, r6 `4 H+ ?  N8）耐压测试= 3.3KV 5mA 1Min；
7 z( |, c6 R' y7 |8 X0 n' h9）成品要求:浸凡立水；

5 ?& ^& [% q' P9 F$ r- u3.2.3、变压器参数:

( i8 F) \0 B( I# I. {

3.2.4、变压器结构图：

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。
9 U' w; v0 u( Y# n& q& s
' w8 r, ^2 h+ W% ~5 d0 ~, k4.1、输入特性：
* e6 O: d* t0 E* b) q) A9 S
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 f; J) G+ b9 K( G$ ^' F( J  d
表1 待机功耗
0 y2 N; V. _/ E$ r! M+ ?

& y) t) b4 k( [4 V) T# \# f表2 输出接1.5M 18AWG Cable100%负载下的输入特性

- }" L# I, `  `2 E/ z1 {表3 效率测试（1.5M 18AWG Cable）
+ C& ?6 W7 f/ F4 f2 Z* _! a

表4 效率测试（PCB END）

  Y! G- h5 ?! a$ Y+ y表5 能效等级评估（1.5M 18AWG Cable）

4.2、输出特性：
9 z, {' s. b4 `2 D6 }
9 V+ u! Q' h6 Y; q# M4.2.1、线性调整率和负载调整率: （ 1.5M 18AWG Cable ）
6 Z& C# Q  v. M7 m

4.2.2、输出电压纹波：
8 P5 E' k- A& g3 S1 K  [
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。
+ {( X( y$ U2 m8 f* U
( A: ^9 n0 P- `1 B- d1 F2 E" c

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

6 _2 U  j3 s. W( s- b3 Z

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

R&N @ AC264V/50Hz,No Load

2 b2 ~/ m9 w0 C0 h/ Z) @

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

) o) }! p9 P& m  y, B" x4.3、保护功能：
2 U7 `. l( x- j6 ?2 x
以下涉及过流保护、短路保护的测试。

4.3.1、过流保护：

4.3.2、短路保护：
+ D% ~1 c7 ]4 d% M
功率计电流量程2.0A,开启平均值模式测量。
8 Q2 [! t$ L; r# S$ L# g

! a7 h( P; M' R4.3.3、Peak_load 功能测试：

6 Q1 I1 o' U% }4 g! ^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。
7 n* e0 G! M! W# l9 t- S0 g
% @7 [- G: R, D% Y

AC115V 发波周期12.6mS，Vo 最低15.6V

1 G# }1 I, e4 L; t- O

AC115V Peak_load 功能升频151.52KHZ

0 n7 V- H6 R& e: M* q

AC230V 发波周期11.2mS，Vo 最低18.2V

% s: N! r3 \9 |# \" c5 P, Q* ~) L6 x# h

AC230V Peak_load 功能升频151.52KHZ

" C) W* q7 i0 g+ h' G4.4、动态测试：
" L( V" g: x6 Y+ b/ R# Z( K
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)

* \- c) C! ?" T' g  {7 j. |

AC90V_5ms

AC90V_10ms

( A. T$ O, A, y$ M5 N

AC264V_5ms

AC264V_10ms

: Q& K0 M# m; c5 Q) m9 |8 D+ r4.5、系统延时时间测试：

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

4 x) }# S2 ]* s0 `6 g& D

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

$ {. o3 [" P1 D2 a+ n1 W4 |& E

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

% }+ n/ u2 b0 P  m7 ?8 y* d6 b4.6、其它重要波形测试：

AC90/60Hz，100% Load CS 波形

AC230/50Hz，100% Load Gate 波形

' L, S, C) g! ?5 I2 @+ H

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

测试条件：带外壳在40℃环温下长时间带载3A 老化。

, M: E6 b2 D9 Y- Q9 Y' h* N; k) e. F

% q5 o) K- |8 v) a( a; M( X5 f06、EMI 评估测试
' I6 D% a  T: R+ w* O6 S) x
# p+ J& P" c! P. W! g% {6 t' y测试条件：
/ M1 D1 n9 z" t& a: j# v0 i6 y
' f7 a. s% L( y# R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）
# q; Z. s( @1 b* R
: a1 n6 f$ a! A

AC115V 传导L 相

AC115V 传导N 相

AC230V 传导L 相

6 L* t$ F% K+ X

AC230V 传导N 相

2 J: z7 U7 Y$ I4 C( X$ k

AC115V 辐射

' [8 a- H6 s- [5 g

AC230V 辐射