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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
6 F# C8 C$ \0 `7 h3 `7 `
+ G' f H# r6 O, L5 O5 \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。! [1 j s% c( E
/ c0 c2 [2 ]$ q& r# X* j5 H
下面我们来了解下这个应用方案。
- \" B; B! _: N# i1 l$ ~
5 g. a4 T7 d; ^/ Y# d" ^7 j7 c8 W01、样机介绍
: G4 }( @8 C/ W# p* h, ]. f* T6 @9 b4 e c l
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。/ A. z2 I( D" M; k' g' j* k2 e: H, X
( w# I$ L1 c% @' v9 q[attach]46388[/attach]
CR6890A_12V3A 工程样机示意图
3 I. W4 F7 n6 @( `: s% v# e5 a: sCR6890A
+ f+ p4 {3 }! g0 i+ p" x' ?5 M! Z" [. r" V9 n( m/ b. G& 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。 Z! `* l% A) T$ i. u
1 ]6 q8 Q" g; l/ x3 A! K
芯片特性
5 G0 q2 H/ p' \( S2 t9 E1 `) @( q0 U; _9 g5 d7 I" J7 N3 `5 ]6 ]7 b
● CR6890A 是一款高能效CCM+PFM+QR 绿色节能PWM 控制器；7 c& D# p9 P0 J) i4 S
● 内置软启动，减小MOSFET 的应力，内置斜坡补偿电路；
3 Z; d9 Z+ S6 o( W" N; v● 固定65kHz 开关频率，具有频率抖动功能，有良好的EMI 特性；1 ?$ _6 I# b# M( m6 q. Q2 H Y; Z
● 全电压输入范围，待机功耗:< 75mW；
+ v' W& A' b+ K● 具有“软启动、OCP、SCP、OTP、OVP”等自动恢复保护功能；5 \, U% i0 t+ t
● 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。( `/ m& M# m6 q* l) b8 _. o
0 c" M+ m6 L+ v$ m
基本应用, z! W2 Y- K1 M/ p: I8 V5 `
, a" ~+ x6 V, K2 K' v Z
● AC/DC适配器
$ A3 Q2 X! |4 D$ J6 G1 R* E6 Z+ i( @9 l● 电视及监视器电源4 L3 t" Q E, @) R4 T( I% E6 y
● 充电器
+ r6 P0 s. D- S, g● 存储设备电源2 v% ]7 p$ D, H' C5 V; u- }
! w/ Y1 h6 O: B" E6 H
典型应用
, Z, Z; B9 @2 K# O S- ]- [7 p" I0 R6 k! Y1 _8 C# d
4 y$ d7 P: d5 U; O& a
[attach]46389[/attach]
1 F# ?0 G& H3 m- h, V8 C& i管脚排列" h$ q7 u/ P; T8 D5 O! L! g
5 d5 F7 z; c8 `, e$ ?, Z
[attach]46390[/attach]
管脚描述
+ ?$ O" b! |/ b4 Z. X) W7 O2 Z
" {. S* n' h% g9 W% q0 K3 w4 b s4 [[attach]46391[/attach]
& _( U/ m& d' v, ^8 W
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。
4 y7 {/ s# E% v# T
1 [. Z5 c( R, y3 f8 @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。" i. I% R7 E) o& B+ O& r
8 S- g- U& T# u' ?+ _4 {# ^* P02、样机特性
% s; p) u0 q: a0 i+ U! D; G9 I- ~4 P. d' d0 t$ a# b0 @# t% J
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) u5 }. K$ Z+ R! }, V
9 m, s% Q: Q2 l& l! E5 |9 ]2.1、输入特性：1 d0 ~$ A9 _. z2 F K/ e: p
[attach]46392[/attach]
' I$ v: m2 f0 d) X3 d* E' H1 Q+ D! W8 P/ E! x
2.2、输出特性(PCB END)：
) M5 F/ \: B* t! r/ H[attach]46393[/attach]
4 \9 t1 W/ e' ?; M6 U& S
9 c. p f( n! _7 [: P' B: B
2.3、整机参数：
' j- j! ?1 N+ H2 [[attach]46394[/attach]
0 I0 \! D0 c: ~" ]
4 z! V* @6 W( j9 P
2.4、保护功能测试：# i; p q: }+ [1 [; n* ~
[attach]46395[/attach]
% Y; I3 u) |* N# I. j: {; ?
K2 l2 P( ^$ e! r/ L, a) Z5 S
2.5、工作环境：
& P) R- @# ~6 w. ^[attach]46396[/attach]
" w$ c! ^- d0 y: l$ U+ y ~) w7 V |3 `' [1 ~3 j. c# U6 K
2.6、测试仪器：7 |$ B- y7 w+ e# c
[attach]46397[/attach]
1 Q9 |: g, w; W4 P7 ]' G$ ~8 a03、样机结构信息7 h0 V$ O1 y y. A6 A
5 R) y2 @; q1 M) [2 p( k
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。
1 X! l3 W( ?6 m+ Q& c! K2 Q, z/ S5 W& N4 W: v
3.1、电路原理图及BOM：& V: m0 Q0 C: I- I
" W# j ?. o! h* Y' S3.1.1 原理图：
" n- e3 E3 F/ B% Z+ k' s2 u
$ M/ N7 i1 s7 i V; b k! E[attach]46398[/attach]
( v( N6 c: u+ ~! w! T# a% w3.1.2 元器件清单：
' C% Y6 Y/ N6 d+ V" i! Z- r! O: ][attach]46399[/attach]
/ h/ D# }% b, F5 W' k$ a3.1.3 PCB 布局&布线：7 F3 L( N- Z+ o; C, J/ R: P
, U7 b e0 @- A7 e, A0 l
[attach]46400[/attach]
PCB 顶层布局&布线
2 _; |1 P4 @! ?. P `5 i[attach]46401[/attach]
PCB底层布局&布线
3.2、变压器绕制工艺：1 ~) h5 H7 ^! G
5 e- Z' D# L% z& T6 G: k3.2.1 电路示意图：
) a' s, L8 A8 r- t6 S
|! _% Y% o7 S- B) Z7 x0 |[attach]46402[/attach]
2 K2 V9 X0 @9 j' j/ `* |3.2.2、规格参数：0 @5 M* m/ b0 x7 l9 B
5 ^6 R# |/ ^# q/ w/ x
1）骨架：RM8 立式（6+6PIN）,Ae＝64mm²；+ ?$ M/ N4 K. C$ p* l* p% [
2）材质：TDK PC40 或同等材质；
- U) Q0 R& _. c) W7 m! @5 ^3）N1、N2、N5: 2UEW 漆包线；N3、N4: 三层绝缘线；
8 P# Q% Q) d$ P/ I# _! M/ X& e4）次级绕组从变压器顶端进出线，磁芯接地& ]! M0 o$ L |$ C0 w7 x
5）绝缘胶带:3M900 或同等材质；
. I+ y* E$ ~- ^ x6）初级绕组感量Lp：850uH±5%（测试条件：0.3V，10kHz）；2 o' z7 P+ x! c2 W' o6 f$ J
7）漏感量LLK：要求控制在初级绕组的5%以内(测试条件：0.3V，10kHz)；
" L T+ u, B3 o4 }, e8）耐压测试= 3KV 5mA 1Min；8 o! z4 Q" ^8 B. g6 E1 e2 b7 V
9）成品要求:浸凡立水；
3 s5 H) P! R5 k0 }0 {# p" m, `& B2 A& {4 H9 Y# z/ _, `# I
3.2.3、变压器参数：5 n4 V0 \3 u% |8 } E# Y7 i
[attach]46403[/attach]
$ _$ W/ h3 o! g- y# w9 J3 W. i- Y8 f
3.2.4、变压器结构示意图：2 N7 }5 v, ]& H) S( v' l; o
3 P# t2 ?3 i6 J6 Z+ _[attach]46404[/attach]
. S& H& C: V( n4 s% v1 S, f04、性能测评! X" M" `/ J4 y5 G
+ I% b: @- s3 w3 E. Y; w9 Y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。6 s6 [+ |; b6 _- m w- i" m
$ h- J7 j: Q+ c2 K( ^
4.1、输入特性：
5 i; t# F+ E! x; t8 k5 G) V" _ i, x4 x9 M; n5 o/ H4 ]3 M6 Y. N1 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。( i, X5 W+ d+ O9 l- d
2 k) N* {8 y' `5 y. K; _表1 待机功耗
9 h; M/ t! i. ]0 E* Y) S }3 w! U[attach]46405[/attach]
6 Z. r% u& J1 k表2 输出100%负载下的输入特性+ g) n; S4 J1 X3 V# @0 C
[attach]46406[/attach]
" ]7 H; A; S+ L: n9 b2 g1 T7 |/ X
表3 效率测试（1.5M 18AWG Cable）
& n! m/ U" o T8 b$ P+ Q[attach]46407[/attach]
表4 效率测试（PCB END）
1 E! G. X+ G1 F0 l) E# `1 T[attach]46408[/attach]
5 Y) W: }0 P. q2 F1 Q; Y! h
表5 能效等级评估（1.5M 18AWG Cable）. a9 d2 Q, G7 u. _
[attach]46409[/attach]
9 }( ~- g/ i6 h& @; ]
4.2、输出特性： `4 g; U7 C7 l8 E: R- m
# z* v) W' B2 ~) E% x8 u( u: J
4.2.1 线性调整率和负载调整率: （1.5M 18AWG Cable）. P; k# J" e& i
[attach]46410[/attach]
0 r, b1 v% m- K
4.2.2、输出电压纹波：, w! o! t3 K Y V
0 }4 g1 h( ~ ^/ h9 y' ]
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。" F: c; L/ A: X( h E2 H$ t. C
2 [* L' E6 T! i6 Z# C9 q; A
[attach]46411[/attach]
, A& g( X' q; T8 |5 X/ n[attach]46412[/attach]
R&N @ AC90V/60Hz,No Load
- v/ t( G. k4 M8 L; D# e[attach]46413[/attach]
R&N @ AC90V/60Hz,100% Load
8 y: s( u, W4 E& S; h* n* _[attach]46414[/attach]
R&N @ AC264V/50Hz,No Load
- u; C, W" n7 v- y+ @* l[attach]46415[/attach]
R&N @ AC264V/50Hz,100% Load
5 j6 f0 R3 P8 f0 p* T
4.3、保护功能：: u6 {1 v# O' N( }! F$ t {1 Y" R
& i- @! m& y' {3 p
以下涉及过流保护、短路保护的测试。
/ r) U& [6 E+ U/ t' e% z! z. }6 j5 {# m: y S# k1 y E
4.3.1、过流保护及恒流特性
; Q* u5 r; K3 }+ A3 R6 v[attach]46416[/attach]
4 |; ]5 ~ b# D" c$ a4.3.2、短路保护：
3 L- W8 ~: Q1 ^; P" w: b! V1 H# |, O$ U3 [7 H5 s& W* N
功率计电流量程2.5A,开启平均值模式测量。/ Q1 z: c$ A3 ]. e( {
[attach]46417[/attach]
) i5 z9 v! l; x `6 F5 m# @
4.3.3、过压保护测试：
& g6 ^2 T/ ~! c; \5 V$ D- l3 w) n- v! g& M
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。
+ n' T+ | L% u2 t) |3 O7 |[attach]46418[/attach]
s+ [, u. w9 i8 ~- `0 B[attach]46419[/attach]
AC90V/60Hz OVP
) b& D4 [+ [& m3 T6 h[attach]46420[/attach]
AC264V/50Hz OVP
& S# u: i6 {; Y- g6 p4.4、系统延时时间测试：
; ~0 p/ t' k: b; d& Q& \+ y$ t, C a8 B
[attach]46421[/attach]
g5 f% x* h$ U7 u0 {0 l& Y2 q[attach]46422[/attach]
TON_DELAY @ AC100V，100% Load
; `0 G" Q- m9 w) V" s5 j9 t
[attach]46423[/attach]
TON_DELAY @ AC240V，100% Load
% {; W7 \( |7 m# a. s$ X
[attach]46424[/attach]
THOLD_UP @ AC100V，100% Load
( x0 [2 M5 I! F' j+ B9 k[attach]46425[/attach]
THOLD_UP @ AC240V，100% Load
4 i5 b M% k" v1 v! h[attach]46426[/attach]
VOVER_SHOOT @ AC100V，100% Load
6 `# ~! ~3 s8 T& S
[attach]46427[/attach]
VOVER_SHOOT @ AC240V，100% Load
7 B: C% n/ Z4 v5 V" P
4.5、动态测试：
. Z) s, G% z1 E# X7 _
, ~ c, A5 r/ 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。, A1 v$ d9 U% v! z9 ~9 Q
- y4 M( _! e1 D/ F+ I3 t; E4 d[attach]46428[/attach]
# r) _* a9 T: h# E, e
[attach]46429[/attach]
AC90V/60Hz 5ms
/ k! V2 S: H& `; v W" k[attach]46430[/attach]
AC264V/50Hz 5ms
* s& S! f" H8 a( X4 c- C- I9 W1 k[attach]46431[/attach]
AC90V/60Hz 10ms
0 ]5 b# E# [8 ?; C
[attach]46432[/attach]
AC264V/50Hz 10ms
' ], F1 o# P1 g7 s. z5 b
4.6、其它重要波形测试：4 f8 L( h* v& T' [! |
5 I" \* l% g5 K* v3 K% o" t
DRAIN 端（红色）、CS 端（浅蓝色）波形图：( ]1 e) J# w' x. m6 X" @% b+ Z$ q
" l: {$ V( j9 o8 i
[attach]46433[/attach]
AC90/60Hz，100% load
) _( m) H! C' Y) [( l) F[attach]46434[/attach]
AC115/60Hz，100% load
4 E/ ]; V8 s, c! M: S* s
[attach]46435[/attach]
AC230/50Hz，100% Load
) C$ \$ h5 ]/ f' B. |[attach]46436[/attach]
AC264/50Hz，100% load
* }9 A! f; x3 `. b0 F) ?. s9 E/ f
[attach]46437[/attach]
AC264/50Hz 输出短路
1 l7 A4 r* t' N# w+ ?* u6 J( T, m[attach]46438[/attach]
AC264/50Hz 输出肖特基
- P1 M+ ~) U* n3 I4.7、EMI 评估测试：
4 @/ i t6 z# k) F; ?9 P& g/ Q" |6 @; w
输入：AC115V/60Hz&230V/50Hz；输出负载：水泥电阻；6 C6 e5 O$ W% K5 E$ |
限值标准参考：EN55013、EN55022B。（辐射测试结果仅供参考）
- w+ H! { T M, g3 `- T4 W/ E
4 f+ j3 c" I2 m; ~# ]$ s[attach]46439[/attach]
AC115V/60Hz L 相
; q0 h: ~- b i1 i( Y7 a$ o( H[attach]46440[/attach]
AC115V/60Hz N 相
- K+ O& {$ L+ N+ E; w) j8 b0 F F
[attach]46441[/attach]
AC230V/50Hz L 相
( |8 r* d* B, I; n1 B& @# h
[attach]46442[/attach]
AC230V/50Hz N 相
" Q1 s7 b/ T G7 f; [[attach]46443[/attach]
AC115V/60Hz 辐射
3 q( t' d0 H: r2 ^* W; r6 B
[attach]46444[/attach]
AC230V/50Hz 辐射
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