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标题: 高效率、低成本的60W电源适配器方案是怎样的？这里有答案 [打印本页]
作者: 思睿达小妹妹 时间: 2022-5-6 16:49
标题: 高效率、低成本的60W电源适配器方案是怎样的？这里有答案
本帖最后由 思睿达小妹妹 于 2022-5-6 18:15 编辑
; F+ J" g* T$ Q8 T6 Z" I) H* `4 j
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。
( M% F7 k4 ~1 J; ` j" W4 \. o3 v' l1 y+ o6 J" I
01、样机介绍7 C9 P8 m- K# H" X
1 R2 }1 }) f( O( W
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, R# @5 v3 |1 e. f
- }3 M6 V1 h( M' h/ Y4 u
[attach]44641[/attach][attach]44642[/attach]
CR6890H_20V3A 工程样机示意图
) v* }9 Q$ J) tCR6890H 芯片
6 @8 A3 H4 B1 V. ]. m! t
: w& C% i, M- wCR6890H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。6 X# M3 C6 a1 T; M7 N% `
# p2 _2 r. x$ s1 q7 Y+ H0 V特性
8 i0 C3 p$ \# t7 B z, }0 Q [0 E2 n, b& u1 `( k. I! y8 v$ n# {
较低的启动电流 (大约3μA)
( _" A' ?! x5 O) j2 ~# I- I0 r \: Q2 ?0 E3 Z
内置软启动减少MOSFET应力
2 B: _3 A- Y; Y4 `) o
# I, _; a& v, f+ E% m% n4 @带有Peak_load 升频功能；
- A! e( P3 `6 v% G3 B* d! ~$ x" _1 O
CCM+PFM控制模式
; Q! o$ [3 B7 ^2 ^$ L( @# Q& E+ W7 D: M; k" P
内建同步斜坡补偿，消除次谐波震荡; d, m; c* d0 s2 ?1 H) k
, L+ P; n$ ^& n内建频率抖动功能，降低EMI9 X: I( x8 t6 y3 Z& g) d
' I$ Y' o3 m0 c内置65kHz开关频率
7 M q+ T, Z, }: A W" N d( t! `
7 w( B6 l2 l8 I! ]5 o% ?& s$ M! Q轻载降低工作频率
! V; U2 z7 G; K* @; m
9 P8 t2 Y( S; [+ m- J$ R& ?5 j15ms倍频模式: ]5 j8 s) M% {3 k
. V0 f- ]" G9 y8 O
可编程外置过温保护并进入latch
, c8 L9 d! Z/ U8 h( W
2 g+ j* @( Y" p/ C) kVDD过压保护和输出过压保护功能并进入latch
* q/ g* ]" A. u0 q3 P
4 C/ u$ A; y2 f, L n内置前沿消隐电路; M5 l/ e; _- ^% x$ g H, G
. L4 W. ?: M* V内置输出二极管短路保护6 `6 X! a- p' Z
" u, S; ]8 N5 c! ]: {! m& ^内置过温保护并进入latch
4 Q6 V! q$ i [6 \8 ^- T
* p" |2 f2 D* C) m过载保护
' I+ ^/ u8 A: W+ T8 ?9 R+ W0 o
G! s ^- O6 c; ?* TSOT23-6L封装6 g2 M8 `% U# l9 D3 u0 G) n
% z3 [' | p% P9 ], q& w! D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- Q* H1 G! q6 T9 y! U0 |+ m" W4 b
$ ~& l! t' Q; m1 D6 |/ \
基本应用
# f& j& X2 a r! H+ A( m- u6 ^' b
AC/DC适配器2 I4 ?( v+ O. K* A* O# ?) C4 X) `
- D* F8 M% {; \
电机类适配器
9 r" z# `/ `0 U0 P' e" z! r u6 g& ^ R' y8 F2 F* G% [
充电器+ P! `/ `$ o! j6 _" H
) n- |; z2 V9 W" t5 H s8 {
存储设备电源, G% ^* \) X0 m7 [2 e K# r$ g; M
3 S5 `2 g. S2 J- m0 V
典型应用" W# y! M6 t' j) Z1 Z7 X2 i
2 n2 A. E% ~4 ~" H* [; {[attach]44643[/attach]
7 ^1 e& x- ?& }( D
管脚排列
8 `' w# d/ q, E& B7 D3 l* b" r d A- h- E
[attach]44644[/attach]
管脚描述
0 m% H( v& D/ A# V9 ]7 V6 w- I7 ~: I2 @) I. A
[attach]44645[/attach]
0 H4 N5 ?) g7 E* h2 k7 g# 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。% E# p1 k v# f& E* m; h2 \
2 k9 Z1 F0 f" 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。+ W9 R7 @. }- G8 U" T
( @3 }2 w u' m3 G6 L
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。
, h; e/ E; F1 ^# }0 p0 p/ Y3 o- M- R% ]
02、样机特性0 M( _3 p# W( ~" y$ z: o5 X1 x4 Q
2 c6 \ _: |% ~, R( M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。
- }& h/ Y3 O9 Y/ j) ]' z- h( c+ ]5 E3 m5 e9 b5 f. D* t. ]
2.1、输入特性：
# k5 e$ S7 c ]# {[attach]44646[/attach]
& ~; b) \6 Z' {% Y9 H
: z' |1 S9 s. [1 R% J2.2、输出特性(PCB END)：$ p- _& h1 g& M5 ~
[attach]44647[/attach]
# l4 |; h3 `% B7 }5 _
4 p/ I2 f4 q4 F3 \% d2 `$ r3 K2.3、整机参数：
9 n5 h2 Z# {" F9 }6 I[attach]44648[/attach]
: p$ \/ w2 r2 w D, u, g- v) X
2.4、保护功能测试：2 i/ l% U R' H0 u+ y8 E
[attach]44649[/attach]
7 J5 o, L" y/ K. Q2.5、工作环境：; z: W! k6 A1 E* S, C
[attach]44650[/attach]
5 n% h- k. i- A2 ?" Y
2 n D# y2 v. q' a3 }2.6、测试仪器：
5 A5 `( E+ W! f- W[attach]44651[/attach]
03、样机结构信息$ J- {6 l7 g) u0 W0 O* ^
9 P: q4 l) E! i% |, Z+ [
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。+ o4 z% c0 n- n8 X
4 [* m4 L' X6 b1 l6 ? }3.1、电路原理图及BOM：
0 H/ A4 e; U. K* t4 O! Q% k. j' y- Y) |# I6 e$ Q2 U, w9 ?; I
3.1.1、原理图：
. o2 \. e1 R- L8 b+ A8 |: z: n8 m1 @+ A7 r
[attach]44652[/attach]
7 g0 l2 A: t! {( G3.1.2、元器件清单：
5 i' _) s8 v1 S9 Q+ @$ ]
( a6 m( P8 t+ |8 _0 {( F# {6 s[attach]44653[/attach]
/ x* _: [* P8 O/ A/ I
3.1.3、PCB 布局&布线：
" G2 ^2 b4 s. A5 {) c7 y0 A) }2 _0 S5 I- v6 x" b
[attach]44654[/attach]
PCB 顶层布局
J) S3 Z0 c) |[attach]44655[/attach]
PCB 底层布局
) g+ _4 B! {" ^) O5 e) y3 U: n[attach]44656[/attach]
PCB 底层布线
3.2、变压器绕制工艺：- Y9 i' U V/ p5 M, Z c {& U( P
8 `# ^1 V% q9 `) `
3.2.1 电路示意图：
$ r( Z( k; k" N) e+ C( E- k[attach]44657[/attach]
L9 J( K, E% n1 H8 h' Z
3.2.2 、规格参数：
7 B5 P* O# g) S$ [) ^6 G3 g8 D
, p! c5 H/ [2 V7 U- b; F2 t6 T- U1 E+ P1）骨架：PQ2620 磁芯（5+5PIN）,Ae＝119mm²；
! I- `& e4 c& Y2 L9 J2）材质：TDK PC40 或同等材质；, f; v4 d6 [6 M2 R j! x8 v
3）初级、反馈: 2UEW 漆包线；次级: 三层绝缘线；
( o/ c5 I( N: Y/ u2 z5 r4）N1 N6 N7 绕组从变压器针脚B 进线从顶部A 出线，磁芯接地； V) }2 L2 k' r
5）绝缘胶带:3M900 或同等材质；
; ]6 ?! Q E# n D) w) d+ w6）初级绕组感量Lp：0.6mH±5%（测试条件：0.3V，10kHz）；. V& w) o5 t) d2 A4 g6 V! \% O
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）)；4 ]4 ^" i: v0 Y; F! B5 p+ w
8）耐压测试= 3.3KV 5mA 1Min；( }* L3 j7 v- S; |
9）成品要求:浸凡立水；+ H7 v9 D* T* E; A+ L" j
, q5 Q9 X6 d" C$ _ W
3.2.3、变压器参数:, i4 M2 o, d1 L" a
( v$ R1 ?" n+ B[attach]44658[/attach]
7 }' O# ~; V/ f7 v- J# S3.2.4、变压器结构图：+ t$ Y& n" c0 A* N2 F1 }- v, [
[attach]44659[/attach]
: {2 u: \' |$ j: u8 s t# d/ z
04、性能测评/ B" K3 o7 r3 C7 Y
( G6 D) o/ M. R# D7 Y+ c( W1 V Q: w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。
, X5 T# w" ?9 {9 x1 x
! W9 I4 V7 L( ~0 w% j9 r* v4.1、输入特性：
$ r& a. ^5 J# _6 I5 p- {: u! f. M" Q9 w) y* ?: u5 g9 `% X0 k r5 z
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。: R X) d7 s+ N- d/ ^: {! N' I! [
" A' ~4 V: k/ j5 ]* p( k2 H表1 待机功耗
3 o, O9 I2 Q5 }$ |! t; p4 A8 t+ _[attach]44660[/attach]
6 _5 J: D, A4 u1 W8 l表2 输出接1.5M 18AWG Cable100%负载下的输入特性5 r1 v, |; Q6 E% t9 V n: z
[attach]44661[/attach]
3 P1 C( j& V. U/ Z
表3 效率测试（1.5M 18AWG Cable）
; K( Z2 y' |5 f$ F. \! A0 @% }" m! Y[attach]44662[/attach]
) o+ o- E6 L/ t5 P5 ?, g
表4 效率测试（PCB END）
% q* ^ | {% p0 F[attach]44663[/attach]
2 ~/ T$ z& C$ E: _' x
表5 能效等级评估（1.5M 18AWG Cable）6 t! [2 ^; U6 Q
[attach]44664[/attach]
& Q! P2 o( s$ r
4.2、输出特性： {3 Z! c0 v/ ?+ K) Z# U: X
4 S* R! ^) q& f% ]/ P) M* E" Z
4.2.1、线性调整率和负载调整率: （ 1.5M 18AWG Cable ）
2 K3 O! D0 w6 f: F[attach]44665[/attach]
0 m6 A0 g, _! E4 k- K8 ~) [
1 L0 o* v* @2 w# j0 c" z4.2.2、输出电压纹波：! j( d5 D9 B9 C- i! L0 f
0 A0 n( a/ [% s4 n. I; t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" c& _5 R3 R7 d j, {
* r4 i- V9 |7 r$ }4 [1 \[attach]44666[/attach]
$ ~8 A, G9 ^5 K/ _[attach]44667[/attach]
R&N @ AC90V/60Hz,No Load
" t+ S# K! F" J7 u; n9 }* v" n
[attach]44668[/attach]
R&N @ AC90V/60Hz,100% Load
) t E+ M$ \+ F+ M7 A[attach]44669[/attach]
R&N @ AC264V/50Hz,No Load
" m- u' z2 I* D[attach]44670[/attach]
R&N @ AC264V/50Hz,100% Load
) r9 x2 R9 D' \2 l5 {: D8 F: D4.3、保护功能：3 ~% Q) w5 r) q7 @! Y% I
3 G3 e, p8 u; n( @/ W1 g. A' b/ U
以下涉及过流保护、短路保护的测试。
# u c# \) R$ r' A3 g: B# u; J$ g6 g1 W X* p! {, O
4.3.1、过流保护：
/ e- Z T( e* i% q$ ], N& x' ~2 t* {, o9 `& v# }
[attach]44671[/attach]
9 Y8 l. e8 D, G# H" Q! G
4.3.2、短路保护：' Q" I+ ?: C: } L2 M- s' T% U4 |
5 U4 H; \" T, t; g3 D: i3 M
功率计电流量程2.0A,开启平均值模式测量。; V+ B( f5 g, n' u
) B0 o6 b% i' T( K[attach]44672[/attach]
- y) C7 q) J2 F* Z/ b
4.3.3、Peak_load 功能测试：
6 s' h& c- l" L4 d/ h7 G4 {0 s# L0 S( O; |! t H
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。
3 r( {) M u! D2 g
R7 N, n! r4 ?% z) M9 n: _& S$ @) z[attach]44673[/attach]
AC115V 发波周期12.6mS，Vo 最低15.6V
) \0 f1 O3 \6 X7 {* k
[attach]44674[/attach]
AC115V Peak_load 功能升频151.52KHZ
- @6 J! c: T, J6 T+ n1 |7 h0 b[attach]44675[/attach]
AC230V 发波周期11.2mS，Vo 最低18.2V
8 R4 A& V$ F1 R2 p
[attach]44676[/attach]
AC230V Peak_load 功能升频151.52KHZ
7 m8 I5 Z( U% I4 m. \+ ~* [
4.4、动态测试：
6 C2 K4 P6 y5 ]- s: p( u' p% P9 Q& K* H- M1 v* ?* y
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)
# N% k! y+ s! U- ~: K
- i( G. k: ]" Y3 z2 g2 X. @[attach]44677[/attach]
[attach]44678[/attach]
AC90V_5ms
[attach]44679[/attach]
AC90V_10ms
/ Z# d) W G3 o" [6 ^
[attach]44680[/attach]
AC264V_5ms
, U2 v: z& c; P% s. r0 A; m[attach]44681[/attach]
AC264V_10ms
3 }& U$ W/ t' X2 {/ E4.5、系统延时时间测试：
4 a% p3 r1 D, O
0 K, Z% p" u+ i' E U[attach]44682[/attach]
[attach]44683[/attach]
TON_DELAY @ AC100V，100% Load
/ d3 Z! p8 m, o5 W
[attach]44684[/attach]
TON_DELAY @ AC240V，100% Load
, a/ p0 f% w5 ~+ G# w
[attach]44685[/attach]
THOLD_UP @ AC100V，100% Load
3 N1 @& |# a, {5 h) a( D
[attach]44686[/attach]
THOLD_UP @ AC240V，100% Load
! y5 H0 x; H/ I+ ?7 d/ `4.6、其它重要波形测试：
) ]* `9 W" a3 z3 T& k, ]2 ?) Q( S1 g0 R! \& H7 I
[attach]44687[/attach]
AC90/60Hz，100% Load CS 波形
5 u3 F8 t0 `5 u5 {[attach]44688[/attach]
AC230/50Hz，100% Load Gate 波形
# E+ }* x/ F1 F! [) h( V. `[attach]44689[/attach]
AC264/50Hz，100% Load 输出肖特基波形
5 h4 v. o$ R* E) c1 u7 d[attach]44690[/attach]
AC264/50Hz，100% Load MOS-D 端波形
7 O. E' s$ O3 g; Q# S
05、温升测试
# S" J c+ `/ y7 @
( D o( K( T; ]6 c测试条件：带外壳在40℃环温下长时间带载3A 老化。4 }# Y' V8 m8 ^& K' y$ o! K. s
, `; Q p8 M+ k0 K' c( L6 |1 I
[attach]44691[/attach]
. i z4 k' R2 H3 l/ n
06、EMI 评估测试
* V& R/ Q) ^# p8 i
; E9 K+ i# u- O, H测试条件：
/ ?( I: f) e6 Y4 ]) K( w% l; ]6 N6 c4 k" e l! N
输入：AC115V/230V；水泥电阻阻值6.67Ω，带线1.5M 18AWG 测试；
" h$ c! w: o2 h( z. R0 \+ ~& }: Y限值标准参考：EN55013、EN55022B。（测试结果仅供参考）' ^- a8 d% |0 _3 }9 y2 m
) x# w* h& j3 `+ v" J% L6 H
[attach]44692[/attach]
AC115V 传导L 相
D0 l+ c( g, E& R0 `0 f: B[attach]44693[/attach]
AC115V 传导N 相
& J0 G: Q6 `! F3 s# z* N8 n
[attach]44694[/attach]
AC230V 传导L 相
* t/ m( K% O. k' b! C, e
[attach]44695[/attach]
AC230V 传导N 相
- b$ [) @/ _2 X' e7 ?: z- T% D[attach]44696[/attach]
AC115V 辐射
! B* V) S6 v! W1 M- F P[attach]44697[/attach]
AC230V 辐射
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