一份高性价比的电源适配器方案,这颗芯片让你少走弯路

描述

本文将为大家介绍下基于思睿达主推的CR6891B 60W电源适配器方案。其中,CR6891B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。QR模式最高工作频率达到 77kHz,CCM模式下最高工作频率65kHz。

接下来,就让我们一起来看看这个方案的具体内容。

01、样机介绍

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CR6891B。

充电器充电器CR6891B_20V3A工程样机示意图

CR6891B产品概述 

CR6891B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。QR模式最高工作频率达到 77kHz, CCM模式下最高工作频率65kHz ,CR6891B轻载时会降低频率,最低频率 22kHz可避免音频噪声。CR6891B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DEM 脚设置输入欠压和输入过压保护。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。CR6891B提供 SOT23-6L的封装。

芯片特性

● SOT23-6封装的副边PWM反激功率开关;

● 可编程输入欠压保护和输入过压保护;

● CCM+PFM+QR控制模式;

● 内置软启动,减小MOSFET的应力,斜坡补偿电路;

● 65kHz开关频率,具有频率抖动功能,使其具有良好的EMI特性;

● 具有“软启动、OCP、SCP、OTP、OVP 自动恢复等保护功能;

● 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。

基本应用

● AC/DC适配器 

● 电视及监视器电源

● 充电器 

● 存储设备电源

典型应用

充电器

管脚排列

充电器

管脚描述

充电器

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>89.3;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。

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

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。 

2.1、输入特性:

充电器

2.2 输出特性(PCB END):

充电器

2.3、整机参数:

充电器

2.4、保护功能测试:

充电器

2.5、工作环境:

充电器

2.6、测试仪器:

充电器

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。

3.1、电路原理图及 BOM: 

3.1.1 原理图:

充电器

3.1.2、元器件清单:

充电器

3.1.3、PCB 布局&布线:

充电器PCB 顶层布局

充电器PCB 底层布局

充电器PCB 底层布线

3.2、变压器绕制工艺:

3.2.1 电路示意图:

充电器

3.2.2、规格参数: 

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;

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); 

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; 

3.2.3、变压器参数:

充电器

3.2.4、变压器结构图:

充电器

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。 

4.1、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。 

表 1 待机功耗

充电器

表 2 输出接 1.5M 18AWG Cable100%负载下的输入特性

充电器

表 3 效率测试(1.5M 18AWG Cable)

充电器

表 4 效率测试(PCB END)

充电器

表 5 能效等级评估(1.5M 18AWG Cable)

充电器

4.2、输出特性:

4.2.1 线性调整率和负载调整率: ( 1.5M 18AWG Cable )

充电器

4.2.2、输出电压纹波: 

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。

充电器充电器R&N @ AC90V/60Hz,No Load 

充电器R&N @ AC90V/60Hz,100% Load

充电器R&N @ AC264V/50Hz,No Load

充电器R&N @ AC264V/50Hz,100% Load

4.3、保护功能: 

以下涉及过流保护、短路保护的测试。 

4.3.1、过流保护:

充电器

4.3.2、短路保护:

功率计电流量程 2.0A,开启平均值模式测量。

充电器

4.3.3 、AC_Bo 和 LINE_OVP 功能测试: 

该项测试输出电流设置为 1A。

充电器AC 电压<73V 时会触发 AC_BO 功能 

充电器AC 电压>275V 时会触发 LINE_OVP 功能

4.3.4、VOUT_OVP 功能测试:

充电器VOUT_OVP 保护整体波形图 

充电器VOUT_OVP 保护展开波形图


4.4、动态测试:

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)

充电器充电器AC90V_5ms 

充电器AC90V_10ms

充电器AC264V_5ms

充电器AC264V_10ms

4.5、系统延时时间测试:

充电器充电器TON_DELAY @ AC100V,100% Load

充电器TON_DELAY @ AC240V,100% Load 

充电器THOLD_UP @ AC100V,100% Load 

充电器THOLD_UP @ AC240V,100% Load

4.6、其它重要波形测试:

充电器AC90/60Hz,100% Load CS 波形 

充电器AC230/50Hz,100% Load Gate 波形 

充电器AC264/50Hz,100% Load MOS-D 端波形

充电器AC264/50Hz,100% Load 输出肖特基波形

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。

充电器

06、EMI 评估测试

测试条件:

输入:AC115V/230V;

输出负载 6.67Ω水泥电阻;

限值标准参考:EN55013、EN55022B。(测试结果仅供参考)

充电器AC115V 传导 L 相 

充电器AC115V 传导 N 相

充电器AC230V 传导 L 相 

充电器AC230V 传导 N 相

关于思睿达微电子 

思睿达是专注于ADC、DAC、PoE和DC / DC 芯片级解决方案的高科技企业,目前同步推广启臣微全系列产品,希望将启臣15年在电源行业这份积淀,这份坚持发扬光大。思睿达同时也可以提供芯片级定制服务。

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