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

& @5 j1 P$ H& h' w$ [' Z; _3 i3 M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 S' q1 i/ E( \) m0 `$ ^
4 _: }; a/ J2 N5 Q6 |01、样机介绍
3 M# e! W, v# R8 t- e
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

: X! P7 |# S; B* @3 x! g5 r; FCR6890H 芯片
$ e  V% S2 ?6 c& b! c
4 }6 |: V; c& g. P& PCR6890H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。

+ u" C: f% P& B' g+ l& K4 V7 Q特性
$ r/ k: C5 C* S* \
较低的启动电流 (大约3μA)
$ p+ h- w' F+ H  _: ]5 m. G
9 X* T. ?% m+ J2 T内置软启动减少MOSFET应力

带有Peak_load 升频功能；
4 _1 q5 t  H4 H4 }
* U  o0 ~! O! g6 E% }( eCCM+PFM控制模式

内建同步斜坡补偿，消除次谐波震荡

内建频率抖动功能，降低EMI
$ b' d% u( Q) Y: p( K
内置65kHz开关频率
, Z: @$ U; m  q  V9 [
轻载降低工作频率
( Z  p& r) C: v; e
15ms倍频模式

可编程外置过温保护并进入latch
! I3 I6 A! R0 r0 Z
VDD过压保护和输出过压保护功能并进入latch
. w; p2 q. y, |7 ], Z) P
" J5 N/ l$ d3 F. v( z内置前沿消隐电路

内置输出二极管短路保护
- M3 Y' O! l0 Q$ k. _' C
0 {5 G5 F% u7 k# l& u2 B内置过温保护并进入latch

过载保护
, s) t- L& P' U7 C- F
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。

9 W5 Y% y8 A" r2 D基本应用
: ?6 p, O! k$ j( O
7 Z$ g( O' U) _1 T: z* G9 \7 DAC/DC适配器
1 r% r) F' I6 m
电机类适配器
2 V$ L# I- A& U
充电器

存储设备电源

0 D4 H9 J1 h. f) }1 z! w6 M, g5 Q典型应用

# P& _- q6 d1 Y. L& |( U

2 Y. x  R* r( o" u$ _) N管脚排列
9 q! c" P. {7 c. r7 ^6 `' z* u

管脚描述

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。

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。
9 D  x% D* M  v% \* D, c
! b7 Y! \) K! p  h& p5 k* N' R. a, \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。

: H5 |0 m# e! q- c" k02、样机特性
' c& x6 F: u6 w/ S" R
/ G$ A2 s4 G+ o) o4 p9 x4 e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 p5 m! X6 `% w2 e' c! l' t2.1、输入特性：
1 P& H( V$ g9 O: K0 ^: Z

4 @3 T7 P4 p. d0 V' k! x  K2.2、输出特性(PCB END)：
$ a* Z. U" Q; A/ \2 r

2.3、整机参数：
6 K* P9 x" @* m5 X

2.4、保护功能测试：

2.5、工作环境：

, ^2 k( d% |7 D( L! h  B: ]8 k
4 n* ^, k- U" p0 D2.6、测试仪器：
4 t% |; R3 ?7 e* {8 K

03、样机结构信息
( `8 @9 M7 Q* E0 s
8 c1 s. p3 \* d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。
: _5 ~$ T3 S3 b% U8 Q6 r
6 f: t  l* Q. V/ `3.1、电路原理图及BOM：

- P& U4 f# u1 S, |2 Q7 u/ V3.1.1、原理图：

3.1.2、元器件清单：
# \$ p  `) p, Z0 Q: w$ v9 ^- K
7 L0 ~& @' Q% l1 [8 t* ]; \

$ o( z( T2 i7 e: Y1 `/ @3.1.3、PCB 布局&布线：

PCB 顶层布局

5 R$ i1 G$ N5 X, ?, a- F

PCB 底层布局

PCB 底层布线

3.2、变压器绕制工艺：

0 f. J, o0 l. L9 r& C3.2.1 电路示意图：

) G( Q0 L; s  [* h( s3 K3.2.2 、规格参数：
% z* k- e3 E0 {) W7 _, m8 E! B
1 G/ \( v' I( p  o1）骨架：PQ2620 磁芯（5+5PIN）,Ae＝119mm²；
" U; T9 D$ U; S) s; q2）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；
- T5 C# {) O. f/ H+ z4）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）；
3 ~' n% E" J7 E  _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；
9）成品要求:浸凡立水；

& X  r) p. ]/ m4 [2 O, ]7 H6 g7 G3.2.3、变压器参数:
! ]8 D( Y; _* H* Z  ]; }) S1 S

3.2.4、变压器结构图：

04、性能测评
+ e4 ]3 g9 v4 ~" 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。
  M- W& x4 R! O  Y. |# [4 M( r0 w
, j5 s% s) s  S8 b& U* V4.1、输入特性：

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 }% C0 |: L8 `, m7 a
表1 待机功耗

表2 输出接1.5M 18AWG Cable100%负载下的输入特性

/ g0 p+ u" K6 r. Z' X2 U* C表3 效率测试（1.5M 18AWG Cable）
9 }; P& B* W- g2 e( O8 {

2 I' S& L# V; t9 o3 i+ P表4 效率测试（PCB END）
1 m& E: k2 |8 \

表5 能效等级评估（1.5M 18AWG Cable）

4.2、输出特性：
* h% t2 x1 B# B! y, n4 g* ?
4.2.1、线性调整率和负载调整率: （ 1.5M 18AWG Cable ）

' Z. M: Q9 S3 h* N3 z9 V
4.2.2、输出电压纹波：
. H: y, v. `' Z  D7 B5 n
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。

" g$ D4 d/ O5 o

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

* S, P7 z6 `9 l) r

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

; m* f1 {: d' R6 O& Z: X$ {

R&N @ AC264V/50Hz,No Load

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

, Y3 ?: _0 Q* A- N4 w$ G3 Y4.3、保护功能：

# G$ |5 n/ |5 z% b以下涉及过流保护、短路保护的测试。

+ H. V5 z* r: Y: B6 u; E4.3.1、过流保护：
0 p) R' g4 N0 L2 M9 w6 d
( s+ p9 Z9 F7 W: o* l

4.3.2、短路保护：

/ C2 I8 A5 h" p6 C5 S7 }+ [9 m/ y功率计电流量程2.0A,开启平均值模式测量。

5 K# \  F' Q) j4 x& x9 f; N

; I& t: \* P+ D" p7 v5 G4.3.3、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。

AC115V 发波周期12.6mS，Vo 最低15.6V

$ u9 J! f3 U$ ^. l) b1 l7 L

AC115V Peak_load 功能升频151.52KHZ

AC230V 发波周期11.2mS，Vo 最低18.2V

% J( R3 t' d/ e/ P  [1 s

AC230V Peak_load 功能升频151.52KHZ

+ l# b" P0 Y6 O% C- @$ J* Z* [4.4、动态测试：
, f* w& B! q) t5 W6 R, `. L. X
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)

4 P8 f. n$ r0 e

AC90V_5ms

AC90V_10ms

% O! j* S; K5 ?+ \- Z: ^* c5 {  f

AC264V_5ms

/ F; b5 b8 [4 E5 K% J; U5 L

AC264V_10ms

4.5、系统延时时间测试：
9 t$ l# _9 j4 d: ]$ m
- e3 _0 e: a, p# V0 F1 m

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

5 Q  Z" d- N7 ^) X

THOLD_UP @ AC100V，100% Load

THOLD_UP @ AC240V，100% Load

4.6、其它重要波形测试：

# f: a  z( t4 j6 t" E3 h

AC90/60Hz，100% Load CS 波形

; M: r& Q3 y9 [- O5 N

AC230/50Hz，100% Load Gate 波形

+ g3 d+ j- }* o4 W

AC264/50Hz，100% Load 输出肖特基波形

6 j; p. X4 Y& q7 `" f7 w0 r

AC264/50Hz，100% Load MOS-D 端波形

05、温升测试
$ v$ O$ o& y# A. l( L" ~% X
6 N% Z' K  \- w2 v: T3 e4 P! e& {3 e4 c测试条件：带外壳在40℃环温下长时间带载3A 老化。

06、EMI 评估测试
! ], \) X* s  j, W9 _
测试条件：

, |- S( ?; G, }2 e5 p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）
+ h: m- {$ i1 F6 g9 F- j+ K

AC115V 传导L 相

AC115V 传导N 相

AC230V 传导L 相

4 X% I4 e; m# x9 ~# V

AC230V 传导N 相

AC115V 辐射

/ L0 Y5 c; p! b

AC230V 辐射