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标题: 减小功率损耗，简化设计!搞定36W电源适配器方案就看它 [打印本页]
作者: 思睿达小妹妹 时间: 2022-10-28 22:51
标题: 减小功率损耗，简化设计!搞定36W电源适配器方案就看它
本帖最后由 思睿达小妹妹 于 2022-10-28 23:20 编辑 ; `& c) x5 e- J' V/ \3 _$ [
* K+ \$ z3 Y# W9 v: X; j) P) c
在上一篇文章中，我们介绍了本公司5W USB 电源适配器应用方案。本文，我们将要介绍的是36W电源适配器应用方案。其中，该方案的控制IC控制采用了本公司主推的CR6890A。IC轻载时会降低频率，最低频率 22kHz 可避免音频噪声，系统采用 CCM+PFM+QR 混合控制模式以减小系统损耗，达到绿色节能的目的。它还集成了丰富的保护功能，简化了电路系统应用设计。0 ^; U9 e4 k$ G9 K/ G4 i
* l* T5 z+ h$ b1 Z3 `6 I3 Y
下面我们来了解下这个应用方案。
4 P3 m7 Q0 e$ D- H
' u5 c3 t7 J+ S2 z9 j' M$ ~01、样机介绍
4 X* H) |& F* M$ X# a
1 Z; c/ {9 E0 {, a/ m9 Y8 Y% B该测试报告是基于能适用于宽输入电压范围且恒压输出的36W 电源适配器样机，控制IC采用了本公司主推的CR6890A。
- Q! C2 v. h! b* S1 b( M
1 \4 t6 \! J8 K W ?: C5 x[attach]46388[/attach]
CR6890A_12V3A 工程样机示意图
' p n2 X5 B+ I) q' aCR6890A& S8 n" \* s3 q' a; ]: p
* `- J% T6 F+ Q2 ~% `9 y+ Z
CR6890A 是一款高集成度、低待机功耗的CCM+PFM+QR 混合电流模式PWM控制器，是一款高集成度、低功耗的中等功率反激电源控制IC。CR6890A轻载时会降低频率，最低频率22kHz 可避免音频噪声。CR6890A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。CR6890A 提供SOT23-6L 的封装。4 J! V0 V( O( M) l& W5 H: @; R8 A
; o! [+ w+ R* j! W, n芯片特性- J B3 o/ G p, U! R: a! }/ D
a* N% z' P% o3 Z- v j● CR6890A 是一款高能效CCM+PFM+QR 绿色节能PWM 控制器；
; e6 l/ ~8 l; X3 A3 `! A, K% M● 内置软启动，减小MOSFET 的应力，内置斜坡补偿电路；$ h- h4 _3 n) }( c6 H% J) i( v. ]
● 固定65kHz 开关频率，具有频率抖动功能，有良好的EMI 特性；
, O! Z$ k8 t8 J1 C● 全电压输入范围，待机功耗:< 75mW；
' G1 Z6 q# ^. k+ ^7 E) k● 具有“软启动、OCP、SCP、OTP、OVP”等自动恢复保护功能；
3 J) f: C4 E, d8 i0 a& l● 电路结构简单、较少的外围元器件，适用于中小功率AC/DC 电源适配器。: P/ D# c2 T4 t* |6 n2 B) D
: P2 O9 t! x+ z基本应用1 ?* w [* Z# O+ x% b
7 D6 e3 b$ `/ {8 c1 w
● AC/DC适配器3 i* ?7 L+ h% a# h' N/ q( y6 B
● 电视及监视器电源6 g# v- k* H/ |
● 充电器- e8 F) M0 L c
● 存储设备电源
4 ^ P' x% b- U. s: K) L; G, V- a. Q) t) Z; K
典型应用
% }% t: j5 g9 r
( @ N# Z; Z/ q) J/ e! [# l1 U3 R9 n2 H& v) b. H/ r
[attach]46389[/attach]
) S5 m; V( u7 r/ e3 e" w# J4 u
管脚排列2 e0 J( C L1 o7 |/ A% j
8 L9 {" T. F5 W# c6 J[attach]46390[/attach]
管脚描述 W# q5 l( c- q7 F% _8 }: ^
( H% _9 K; Y6 J# R) d3 Z2 E
[attach]46391[/attach]
7 r; P8 g1 k& p- E/ G0 N9 i
样机PCBA尺寸为：77.8mm×38.5mm×24mm，具有较高功率密度。能效方面，AC264V输入典型待机功耗仅58mW，1.5米18AWG输出平均效率>88.3%，能够满足六级能效标准；低纹波，低噪声，符合相关EMI规定。
+ y, h4 e7 } A. [" ^, e' X3 s
8 h4 m$ F: v4 N" z" o样机的变压器，采用了RM8磁芯（PC40材质），变压器绕制工艺部分，请见后文详细说明。
A+ F+ I, \2 }: p8 ]5 k8 i' m# u7 J' {: n/ `
02、样机特性
3 L4 H! }4 i1 H& f: Q" B
, p3 I$ [, R5 v; ]( D5 _: b+ N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。
4 R6 s6 R) w6 |$ c9 y0 i' {' x. L7 Q' V6 m
2.1、输入特性：- a: `7 ~( a' q2 N: h
[attach]46392[/attach]
" p( d: q4 d# i& u
2 E) C3 f* v, D. H9 g
2.2、输出特性(PCB END)：
+ k3 `# p5 Q# M6 a" B' x[attach]46393[/attach]
7 g9 H @( v9 v# h& e/ K/ N/ r' D( W% x2 |. B0 K9 A4 M; E; L8 r
2.3、整机参数：. I3 w& y, V3 K% Y5 h, u- C3 b
[attach]46394[/attach]
g9 W% G4 C) u' d& ?
. b7 R7 p* z1 f. L2.4、保护功能测试：, t* }3 h% q5 J+ k7 T$ V8 L: ]
[attach]46395[/attach]
3 D; H6 G% N/ V) V3 }# W$ l3 f& l; \: I; F$ X
2.5、工作环境：
0 B% s$ S) D- [4 N+ G! `[attach]46396[/attach]
! F4 q' p$ r8 }% a9 B) [. q% P
. F. ?+ M8 u+ u) k! K& f0 Q: V2.6、测试仪器：* Q$ f6 g- S' f5 }
[attach]46397[/attach]
7 D, l2 b1 y! ^: h8 P6 m% R03、样机结构信息& f& ?+ R) Y- c7 i
; p" h5 ` ~0 S3 L0 E6 S. b( |
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。2 c$ M. ?2 c; }% ]0 A+ C
7 P" h+ Y+ R, z& S1 v" L3.1、电路原理图及BOM：0 W& [ s- X: G g+ ^+ H
* T" v" h, f, C# C0 J& Z3.1.1 原理图：
; N7 u$ A3 f& ~, s$ O) d. N7 R) ?; I5 n3 L7 V' O6 {; k
[attach]46398[/attach]
?9 b; f+ u. Q; \3.1.2 元器件清单：
, S' F5 A9 H% @: |9 Z" K[attach]46399[/attach]
' K/ } m, }: ^7 r, T3.1.3 PCB 布局&布线：( |2 O) M: T! P2 j& M
# E4 R2 L8 p2 c3 M% E9 V[attach]46400[/attach]
PCB 顶层布局&布线
" _9 W# L# g! H# E& y( C- A
[attach]46401[/attach]
PCB底层布局&布线
3.2、变压器绕制工艺：8 }& `3 i0 { Y2 |" J
8 J3 p3 s, ~3 X3.2.1 电路示意图：' V0 t) G/ `# y) `6 E9 \ o6 p
, l! X4 q( Y! I$ [
[attach]46402[/attach]
# w @$ Y* n5 t7 p& @3.2.2、规格参数：) D w0 i) } B7 g3 T
" Q \) K' `/ W& ]6 O
1）骨架：RM8 立式（6+6PIN）,Ae＝64mm²；
r2 f+ S( ~) K" r9 I0 }2）材质：TDK PC40 或同等材质；
7 v& F# ?+ ~+ {/ D& V' W3）N1、N2、N5: 2UEW 漆包线；N3、N4: 三层绝缘线；5 U" K" S% i; {9 w
4）次级绕组从变压器顶端进出线，磁芯接地
4 [' P; e$ i/ N8 `; J, z5）绝缘胶带:3M900 或同等材质；& O) @1 h6 E9 O# c
6）初级绕组感量Lp：850uH±5%（测试条件：0.3V，10kHz）；
) P( v }8 O# E+ I* u7）漏感量LLK：要求控制在初级绕组的5%以内(测试条件：0.3V，10kHz)；
+ E% D0 v( f. Y8）耐压测试= 3KV 5mA 1Min；$ e9 _9 { ?! `7 U
9）成品要求:浸凡立水；: z$ ]* \5 s. t( |2 X' y: T. [7 r
* }: E% ]) q. Y, o) q3.2.3、变压器参数：# @. C1 B8 J0 z1 b+ ^0 A) w
[attach]46403[/attach]
" P; M% ^3 z- j- }# ?( m
3.2.4、变压器结构示意图：* ?# y* \# O+ B( q, o1 G% ^1 Z
6 i8 j. \9 m5 m% v, X[attach]46404[/attach]
R+ r4 |; W5 B. H: `, n# _04、性能测评9 i0 O/ y' N4 @7 T* Q( U
2 c# Q, l3 r1 W3 T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。+ y7 p/ A3 p) S+ A& Q
2 _) \1 X6 l. Q
4.1、输入特性：1 ^$ U: ]" F& m7 D% m" y/ b6 `
* n. h1 |6 l) [
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。6 v/ ^* h: n! j; W; N( a# i$ Z i
( x, m2 x8 f# N表1 待机功耗
1 F# b$ y' t" s5 c6 N3 m; r# R[attach]46405[/attach]
- i1 ^3 l; M* a$ A& e! }
表2 输出100%负载下的输入特性: R5 [1 G: \3 ~5 Z1 S
[attach]46406[/attach]
+ M! x+ o9 N7 |. \/ W
表3 效率测试（1.5M 18AWG Cable）
7 Y1 y. Y0 R: H! R[attach]46407[/attach]
表4 效率测试（PCB END）
, ?" g- O- w# p8 l$ V. X2 P[attach]46408[/attach]
G4 a' C$ R+ m. F; y
表5 能效等级评估（1.5M 18AWG Cable）
7 Q9 i$ D# ?+ J! X[attach]46409[/attach]
7 S5 ^0 @4 q+ U( N$ b$ k& T
4.2、输出特性：
4 x7 I6 V9 e) ?$ M9 l
( d$ ~( f, e5 \) b4 @4.2.1 线性调整率和负载调整率: （1.5M 18AWG Cable）
- |! p, j' G) B[attach]46410[/attach]
& z% V1 P- {" s9 t' V& Y' r
4.2.2、输出电压纹波：. p: s m' m8 O" ]
1 v" y( Z3 A9 p' ^' t& S3 p注：纹波及噪声在1.5M 18AWG 处测试，测试端并联0.1uF/50V 瓷片电容和10uF/50V 电解电容，带宽限制为20MHz。
: O1 k- Y) J4 I b/ |' G: S
# j0 w/ r; A! w' V& y: h[attach]46411[/attach]
/ r) I8 o. @( f- ^3 N; S
[attach]46412[/attach]
R&N @ AC90V/60Hz,No Load
) T, X. F# S+ @# w; A: o" K, t
[attach]46413[/attach]
R&N @ AC90V/60Hz,100% Load
7 b7 w3 |. \. K8 f[attach]46414[/attach]
R&N @ AC264V/50Hz,No Load
& ]. v! Z( [+ X9 z; A+ ~" c
[attach]46415[/attach]
R&N @ AC264V/50Hz,100% Load
& f) n( L) L# v) \, F
4.3、保护功能：* V% S4 }! m; T* _$ b Q
* t* h7 x8 Y. g3 A# P0 [2 T以下涉及过流保护、短路保护的测试。! p) E* e! U5 }4 Y* X# b2 `* K# Z
+ M$ u* [ ~ J4 A% }1 F: @1 Z/ t4.3.1、过流保护及恒流特性3 c& s/ Q" l9 G/ j; C/ I) J
[attach]46416[/attach]
/ x9 v% F, M) R5 y H) G& L% v: k% [4.3.2、短路保护：* T1 i* A8 D9 A9 p% h n# E
% p, x& A2 X1 ]9 S2 K- |3 b }" {功率计电流量程2.5A,开启平均值模式测量。& ^: W8 z. n- {' e" w& I" Y
[attach]46417[/attach]
7 l" F! P; N0 Q( a4.3.3、过压保护测试：; f+ |( @5 x1 Y5 Z3 x4 U
, P' R' ?6 l* q. I1 T测试条件：空载短路光耦1/2 脚，监测芯片VDD 电压与输出电压。
: H/ e( S- ?: {' X/ r3 v5 {$ B2 j3 X[attach]46418[/attach]
7 m6 U, S) @* [[attach]46419[/attach]
AC90V/60Hz OVP
' t* L$ i" S2 a4 B& \[attach]46420[/attach]
AC264V/50Hz OVP
f5 s/ B" A, l: [
4.4、系统延时时间测试：
- H s" _" P+ x( I- h" y1 Q. a6 o! @8 C$ F o& L
[attach]46421[/attach]
V5 S1 q4 X, T) J7 L' m[attach]46422[/attach]
TON_DELAY @ AC100V，100% Load
4 w8 B, E4 m# D- S% l" X1 [
[attach]46423[/attach]
TON_DELAY @ AC240V，100% Load
# e5 q: B6 l3 U. P2 w
[attach]46424[/attach]
THOLD_UP @ AC100V，100% Load
) K" ?" n, q* V; V7 O[attach]46425[/attach]
THOLD_UP @ AC240V，100% Load
& H& E* x& p+ [: a. b. |
[attach]46426[/attach]
VOVER_SHOOT @ AC100V，100% Load
C3 r5 `/ Q+ m2 w( S[attach]46427[/attach]
VOVER_SHOOT @ AC240V，100% Load
; g: J- I& I9 `' t1 X/ ~8 O+ D
4.5、动态测试：7 I3 n2 r4 C1 B
7 T/ P3 M+ v5 L8 S# m e注：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3A/us。9 G8 H1 f7 c9 ? U
' m1 x. z: s6 t0 I' w2 O
[attach]46428[/attach]
# _: A4 h" v" T[attach]46429[/attach]
AC90V/60Hz 5ms
- w {* C& b' I
[attach]46430[/attach]
AC264V/50Hz 5ms
6 G% s& i8 g! @/ h
[attach]46431[/attach]
AC90V/60Hz 10ms
8 H" i) F( g4 X- I$ m
[attach]46432[/attach]
AC264V/50Hz 10ms
- Q) m% H% D, A, Z- d( d4.6、其它重要波形测试：
0 O% T9 }. P" C& D8 R- ?* d7 A. X$ H( W- X0 U. Y. T5 r/ j
DRAIN 端（红色）、CS 端（浅蓝色）波形图：
' Y$ Q% x% A% n0 S
) }5 R/ J' H; N[attach]46433[/attach]
AC90/60Hz，100% load
: s/ t+ i# j {6 i[attach]46434[/attach]
AC115/60Hz，100% load
5 y3 F- K& y5 L, Q8 c F
[attach]46435[/attach]
AC230/50Hz，100% Load
3 d# @/ e) a9 I% O& v/ T. L8 |[attach]46436[/attach]
AC264/50Hz，100% load
6 E8 ?* K3 m _1 o# \* b0 }( W7 K
[attach]46437[/attach]
AC264/50Hz 输出短路
$ L1 I* ]4 P0 f+ _) [[attach]46438[/attach]
AC264/50Hz 输出肖特基
5 [* G* }& D" Q: o2 n4 s
4.7、EMI 评估测试：
8 c. U! X! L. { N) F/ T( b. k+ \( x
输入：AC115V/60Hz&230V/50Hz；输出负载：水泥电阻；, D E j+ J* C: v! @
限值标准参考：EN55013、EN55022B。（辐射测试结果仅供参考）7 p( v; T" e; p Z1 d4 i6 H
, c k, `3 k0 k, @2 d" W[attach]46439[/attach]
AC115V/60Hz L 相
# K% {+ W/ V; V" _0 B[attach]46440[/attach]
AC115V/60Hz N 相
! w& X( q2 ~. S& h$ P[attach]46441[/attach]
AC230V/50Hz L 相
& T! |) a6 ]- J: {" a' _[attach]46442[/attach]
AC230V/50Hz N 相
4 a" I# J: ~. j/ f( j# `) y
[attach]46443[/attach]
AC115V/60Hz 辐射
; p$ X5 V. A* z8 o
[attach]46444[/attach]
AC230V/50Hz 辐射
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