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减小功率损耗,简化设计!搞定36W电源适配器方案就看它

思睿达小妹妹 来源: 思睿达小妹妹 作者: 思睿达小妹妹 2022-10-27 17:44 次阅读

在上一篇文章中,我们介绍了思睿达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控制采用了思睿达主推的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。

下面我们来了解下这个应用方案。

01、样机介绍

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采用了思睿达主推的CR6890A。

poYBAGNaUxuAW7m4AA2euErNLFU020.png

CR6890A_12V3A 工程样机示意图

CR6890A

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。

芯片特性

● CR6890A 是一款高能效CCM+PFM+QR 绿色节能PWM 控制器;

● 内置软启动,减小MOSFET 的应力,内置斜坡补偿电路;

● 固定65kHz 开关频率,具有频率抖动功能,有良好的EMI 特性;

● 全电压输入范围,待机功耗:< 75mW;

● 具有“软启动、OCP、SCP、OTP、OVP”等自动恢复保护功能;

● 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。

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

poYBAGNaUxyAJGMWAAHZSdpaF8g284.png

管脚排列

pYYBAGNaUxyAKa8DAAAt7MPbaRQ109.png

管脚描述

pYYBAGNaUx6Ae4fmAAK9Cc-7qr8719.png

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。

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。

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:

poYBAGNaUx6AJIIhAADDpQBBQyg209.png

2.2、输出特性(PCB END):

pYYBAGNaUx-AGAasAADlR75sYAU554.png

2.3、整机参数

pYYBAGNaUyCAE-XBAAHAkQguWds199.png

2.4、保护功能测试:

poYBAGNaUyGAMiIfAAGMJBnWBtE923.png

2.5、工作环境:

pYYBAGNaUyGAMYBQAACEFmLoGrY246.png

2.6、测试仪器:

pYYBAGNaUyKADCx_AAE6c8M6nq4931.png

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:

pYYBAGNaU1CANQCiAAChTwCcRG0250.png

3.1.2 元器件清单:

pYYBAGNaU1OAUkJUAALGhpR8uao485.png

3.1.3 PCB 布局&布线:

pYYBAGNaU1aACLVoAAXjNeesOGY356.png

PCB 顶层布局&布线

pYYBAGNaU1qAeEDCAAbIus7zZxg922.png

PCB底层布局&布线

3.2、变压器绕制工艺:

3.2.1 电路示意图:

poYBAGNaU1qAOi2zAAAx6cWAbJ8913.png

3.2.2、规格参数:

1)骨架:RM8 立式(6+6PIN),Ae=64mm²;

2)材质:TDK PC40 或同等材质;

3)N1、N2、N5: 2UEW 漆包线;N3、N4: 三层绝缘线;

4)次级绕组从变压器顶端进出线,磁芯接地

5)绝缘胶带:3M900 或同等材质;

6)初级绕组感量Lp:850uH±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:0.3V,10kHz);

8)耐压测试= 3KV 5mA 1Min;

9)成品要求:浸凡立水;

3.2.3、变压器参数:

poYBAGNaU1uAD00SAAJ0IF9mmeo213.png

3.2.4、变压器结构示意图:

poYBAGNaU12ALpImAAG1yM4jx0E730.png

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

pYYBAGNaVCCAWkedAACgC6iSbss148.png

表2 输出100%负载下的输入特性

poYBAGNaVCGADJlKAADjyS-Pim0158.png

表3 效率测试(1.5M 18AWG Cable)

pYYBAGNaVCGAB75ZAAEwgiy0XrQ224.png

表4 效率测试(PCB END)

pYYBAGNaVCOAD-rWAAEkuKCplcA317.png

表5 能效等级评估(1.5M 18AWG Cable)

poYBAGNaVCSASvV3AAEI4DyHMlk295.png

4.2、输出特性:

4.2.1 线性调整率和负载调整率: (1.5M 18AWG Cable)

poYBAGNaVCWAGAJWAAHhmDnIzXw297.png

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 瓷片电容和10uF/50V 电解电容,带宽限制为20MHz。

pYYBAGNaVCaAL2ktAACTb1CLSK4481.png

poYBAGNaVCiADElWAAV1xPdpkUc408.png

R&N @ AC90V/60Hz,No Load

pYYBAGNaVCqAP-esAAVontPOvUM543.png

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

pYYBAGNaVC2ADyibAAVeJk12bO0476.png

R&N @ AC264V/50Hz,No Load

poYBAGNaVC-AcScXAAWBcsT7UQM031.png

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、过流保护及恒流特性

pYYBAGNaVDCAVk_FAADEJNYpCUU022.png

4.3.2、短路保护:

功率计电流量程2.5A,开启平均值模式测量。

poYBAGNaVDCAMGGjAAChbxEking506.png

4.3.3、过压保护测试:

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。

pYYBAGNaVDGAJkEhAABE5mi_E60655.png

poYBAGNaVDGAIkvKAAR-4XwhW1s268.png

AC90V/60Hz OVP

poYBAGNaVDOABndoAAR8VHHz1bI849.png

AC264V/50Hz OVP

4.4、系统延时时间测试:

pYYBAGNaVESAE5WlAACNv3G5rbs935.png

poYBAGNaVEiAfrAQAAYiald1vro861.png

TON_DELAY@ AC100V,100% Load

pYYBAGNaVEqARuqDAAUxizTbdzY213.png

TON_DELAY@ AC240V,100% Load

pYYBAGNaVFCAEId5AAazLQFk8wE736.png

THOLD_UP@ AC100V,100% Load

pYYBAGNaVFSAaHLmAAZVq5mfV0o223.png

THOLD_UP@ AC240V,100% Load

pYYBAGNaVFaAQT6UAAQ6QSUpczM665.png

VOVER_SHOOT@ AC100V,100% Load

poYBAGNaVFiAMF3MAARY4o-4rJE969.png

VOVER_SHOOT@ AC240V,100% Load

4.5、动态测试:

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。

poYBAGNaVFmAG223AADrySy5xwU496.png

pYYBAGNaVFyADYcDAAQviBaZ5i0659.png

AC90V/60Hz 5ms

pYYBAGNaVF2AFQnRAAQtyeGiQ9Y296.png

AC264V/50Hz 5ms

pYYBAGNaVF6AKC0sAAPyMl0mqkE232.png

AC90V/60Hz 10ms

poYBAGNaVGCAPnbHAAQhcpTT2ok858.png

AC264V/50Hz 10ms

4.6、其它重要波形测试:

DRAIN 端(红色)、CS 端(浅蓝色)波形图:

pYYBAGNaVGSALkoyAAV-kcWSVs8572.png

AC90/60Hz,100% load

poYBAGNaVGeAG9pfAAVx3ocK70w734.png

AC115/60Hz,100% load

pYYBAGNaVGqAeTzeAAXc0nw3M_0482.png

AC230/50Hz,100% Load

pYYBAGNaVG6AFa-qAAWW1WE30yA363.png

AC264/50Hz,100% load

poYBAGNaVHGAd_BUAASclbN3CNA693.png

AC264/50Hz 输出短路

poYBAGNaVHOACMJ1AASkoeZHsjY426.png

AC264/50Hz 输出肖特基

4.7、EMI 评估测试:

输入:AC115V/60Hz&230V/50Hz;

输出负载:水泥电阻

限值标准参考:EN55013、EN55022B。(辐射测试结果仅供参考)

poYBAGNaVKOAJD3cAAa9r0kJvP0530.png

AC115V/60Hz L 相

pYYBAGNaVKeAaySGAAby4kcRQPs134.png

AC115V/60Hz N 相

pYYBAGNaVKmAK0qlAAYdm7y7Dbo565.png

AC230V/50Hz L 相

poYBAGNaVKuAKN-gAAZZ8507gJU982.png

AC230V/50Hz N 相

poYBAGNaVLCASIl4AAXnHbGPCoE265.png

AC115V/60Hz 辐射

pYYBAGNaVLKAUP4CAAXJRUb0s4I210.png

AC230V/50Hz 辐射

关于思睿达微电子

思睿达是专注于ADCDACPoE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。

审核编辑 黄昊宇

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