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思睿达工业通信芯方案

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深圳思睿达微电子有限公司成立于2017年7月。主要研发方向为数模混合应用的电源芯片,是一家微电子领域高科技企业。

高效率、低成本的60W电源适配器方案是怎样的?思睿达给出答案了

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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。

 
 
 

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CR6890H。
 
CR6890H_20V3A 工程样机示意图
 

CR6890H 芯片

 

CR6890H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。

 

 
 

特性

 
 
  • 较低的启动电流 (大约3μA)

  • 内置软启动减少MOSFET应力

  • 带有Peak_load 升频功能;

  • CCM+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

  • 内置65kHz开关频率

  • 轻载降低工作频率

  • 15ms倍频模式

  • 可编程外置过温保护并进入latch

  • VDD过压保护和输出过压保护功能并进入latch

  • 内置前沿消隐电路

  • 内置输出二极管短路保护

  • 内置过温保护并进入latch

  • 过载保护

  • 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。

 
 
 

基本应用

 
 
  • AC/DC适配器

  • 电机类适配器

  • 充电器

  • 存储设备电源

 
 
 

典型应用

 
 

 
 
 

管脚排列

 
 

 
 
 

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。
 
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:
 
2.2、输出特性(PCB END):
 
2.3、整机参数:
 
2.4、保护功能测试:
 
2.5、工作环境:
 
2.6、测试仪器:
 
 
 

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:
 
 
3.1.2、元器件清单:
 
 
3.1.3、PCB 布局&布线:
 
PCB 顶层布局
 
PCB 底层布局
 
PCB 底层布线
 
3.2、变压器绕制工艺:
 
3.2.1 电路示意图:
 
 
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:
 
 
3.2.4、变压器结构图:
 
 
 

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
 
表2 输出接1.5M 18AWG Cable100%负载下的输入特性
 
表3 效率测试(1.5M 18AWG Cable)
 
表4 效率测试(PCB END)
 
表5 能效等级评估(1.5M 18AWG Cable)
 
4.2、输出特性:
 
4.2.1、线性调整率和负载调整率: ( 1.5M 18AWG Cable )
 
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。
 
 
R&N @ AC90V/60Hz,No Load 
 
R&N @ AC90V/60Hz,100% Load
 
R&N @ AC264V/50Hz,No Load 
 
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:
 
 
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。
 
 
4.3.3、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
 
AC115V Peak_load 功能升频151.52KHZ
 
AC230V 发波周期11.2mS,Vo 最低18.2V
 
AC230V Peak_load 功能升频151.52KHZ
 
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)
 
 
AC90V_5ms
 
AC90V_10ms
 
AC264V_5ms
 
AC264V_10ms
 
4.5、系统延时时间测试:
 
 
TON_DELAY @ AC100V,100% Load 
 
TON_DELAY @ AC240V,100% Load
 
THOLD_UP @ AC100V,100% Load
 
THOLD_UP @ AC240V,100% Load
 
4.6、其它重要波形测试:
 
AC90/60Hz,100% Load CS 波形
 
AC230/50Hz,100% Load Gate 波形
 
AC264/50Hz,100% Load 输出肖特基波形
 
AC264/50Hz,100% Load MOS-D 端波形
 
 

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。
 
 
 

06

EMI 评估测试

 

测试条件:
 
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)
 
AC115V 传导L 相
 
AC115V 传导N 相
 
AC230V 传导L 相
 
AC230V 传导N 相
 
AC115V 辐射
 
AC230V 辐射

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