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理想型的65W电源适配器方案出炉

思睿达工业通信芯方案 2023-10-10 09:43 次阅读

本文将介绍基于思睿达主推的CR6891A+CR3015A_65W电源适配器方案。它具有良好的动态负载能力,同时具有软启动以及“OCP、SCP、OTP、VDD_OVP、输出OVP及输出二极管短路”等多种保护功能;全电压输入时平均效率>90%。以下内容包含样机特性、样机结构信息和性能测评,一起来看看吧!

01

样机介绍

该报告是基于一个能实现宽范围电压输入的65W恒压输出的电源适配器样机。PWM 控制器为本公司的CR6891A,同步整流芯片为本公司的CR3015A。

5d2c27e4-670e-11ee-9788-92fbcf53809c.png5d3bfbf6-670e-11ee-9788-92fbcf53809c.pngCR6891A+CR3015A_19V3.42A 工程样机示意图

CR6891A 芯片

CR6891A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 ,CR6891A轻载时会降低频率,最低频率22kHz可避免音频噪声。CR6891A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PRT脚设置过温保护以及输出过压保护。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。CR6891A提供SOT23-6L的封装。
特性

● SOT23-6封装的副边PWM控制器;

CCM+PFM+QR控制模式,QR最高工作频率77kHz;

内置软启动,减小MOSFET的应力;

内建同步斜坡补偿,消除次谐波震荡;

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“CS开路、OCP、SCP、OTP、VDD_OVP、输出OVP及输出二极管短路”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、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

5d5d810e-670e-11ee-9788-92fbcf53809c.png

管脚排列

5d69b71c-670e-11ee-9788-92fbcf53809c.png

管脚描述

5d741266-670e-11ee-9788-92fbcf53809c.png

CR3015A 芯片特性:

可工作于CCM、DCM和QR模式,外围电路简单;最高工作频率可达200kHz;外驱MOS,驱动能力强,可灵活应用。样机PCBA尺寸:107*45*28mm,是一款全电压实现19V3.42A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<69mW;全电压输入时平均效率>90%;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,同时具有软启动以及“OCP、SCP、OTP、VDD_OVP、输出OVP及输出二极管短路”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:


5d8a24e8-670e-11ee-9788-92fbcf53809c.png

2.2 输出特性:


5d987d90-670e-11ee-9788-92fbcf53809c.png

2.3 整机参数


5da718d2-670e-11ee-9788-92fbcf53809c.png

2.4 保护功能测试:


5dbe5a24-670e-11ee-9788-92fbcf53809c.png

2.5 工作环境:


5dd7f646-670e-11ee-9788-92fbcf53809c.png

2.6 测试仪器


5de9b52a-670e-11ee-9788-92fbcf53809c.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:


(1)原理图:
5dfb3656-670e-11ee-9788-92fbcf53809c.png(2)PCB图:5e16fb2a-670e-11ee-9788-92fbcf53809c.pngPCB 顶层布局5e34378a-670e-11ee-9788-92fbcf53809c.pngPCB 底层布局5e5291f8-670e-11ee-9788-92fbcf53809c.pngPCB 底层布线

3.2 变压器绕制工艺:


(1)变压器电性及结构示意图:5e6c3fae-670e-11ee-9788-92fbcf53809c.png5e794154-670e-11ee-9788-92fbcf53809c.png(2)规格参数:
1)骨架:PQ2620 立式(6+6PIN),Ae=119mm²;2)材质:TDK PC40 或同等材质;3)初级、反馈: 2UEW 漆包线;4)次级:三层绝缘线;5)绝缘胶带:3M1298 或同等材质;6)初级绕组感量Lp:0.63mH±5%(测试条件:0.25V,10kHz);7)漏感量LLK:要求控制在初级绕组的5%以内(测试条件:0.25V,10kHz);8)耐压测试= 3KV 5mA 1Min;9)成品要求:浸凡立水。
(3)、变压器参数:5e88d61e-670e-11ee-9788-92fbcf53809c.png

3.3 元器件清单:

5e9a75b8-670e-11ee-9788-92fbcf53809c.png

04

性能测评

样机性能主要是针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,以下为详细测试方法及结果。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:


本样机经过在不同的输入电压(从90VAC到264VAC)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 、无负载待机功耗5ebd0434-670e-11ee-9788-92fbcf53809c.png表2、输出接1.5M 18AWG Cable 100%负载下的输入特性5ecbd2b6-670e-11ee-9788-92fbcf53809c.png表3、效率测试(1.5M 18AWG Cable)5edcdac0-670e-11ee-9788-92fbcf53809c.png表4、效率测试(PCB END)5eed2038-670e-11ee-9788-92fbcf53809c.png表5、能效等级评估(1.5M 18AWG Cable)5efc5e7c-670e-11ee-9788-92fbcf53809c.png

4.2 输出特性:


4.2.1 线性调整率和负载调整率:5f0d4b2e-670e-11ee-9788-92fbcf53809c.png4.2.2 输出电压纹波及噪音:
注:纹波及噪音测量时示波器探头并联10uF/50V电解电容和0.1uF/50V CBB电容,示波器带宽限制为20MHz。
5f282d22-670e-11ee-9788-92fbcf53809c.png纹波噪声波形图:5f356564-670e-11ee-9788-92fbcf53809c.pngFig1 R&N@ AC90V/60Hz, no load5f491ca8-670e-11ee-9788-92fbcf53809c.pngFig2 R&N@ AC90V/60Hz,100% load5f5b5454-670e-11ee-9788-92fbcf53809c.pngFig3 R&N@ AC264V/50Hz, no load 5f6d96dc-670e-11ee-9788-92fbcf53809c.pngFig4 R&N@ AC264V/50Hz, 100% load

4.3 保护功能:


以下测试过流保护、短路保护功能。
4.3.1 过流保护:5f7a8a68-670e-11ee-9788-92fbcf53809c.png4.3.2 短路保护:功率计限流电流为2.5A5f8914ca-670e-11ee-9788-92fbcf53809c.png4.3.3 输出OVP 保护:5f9468ac-670e-11ee-9788-92fbcf53809c.png输出OVP 点为23V

4.4 系统延时时间测试:


注:AC端(蓝色)、VO输出端(红色)波形图。5faa6350-670e-11ee-9788-92fbcf53809c.png5fb8332c-670e-11ee-9788-92fbcf53809c.pngTON_DELAY @ AC100V,100% Load5fccc60c-670e-11ee-9788-92fbcf53809c.pngTON_DELAY @ AC240V,100% Load5fe2bf20-670e-11ee-9788-92fbcf53809c.pngTHOLD_UP @ AC100V,100% Load5ffe21a2-670e-11ee-9788-92fbcf53809c.pngTHOLD_UP @ AC240V,100% Load601c4bf0-670e-11ee-9788-92fbcf53809c.pngVOVER_SHOOT @ AC100V,100% Load60314d3e-670e-11ee-9788-92fbcf53809c.pngVOVER_SHOOT @ AC240V,100% Load

4.5 动态测试:


输出动态负载电流设置为5A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。(1.5M 18AWG Cable):6043f286-670e-11ee-9788-92fbcf53809c.png6058ab36-670e-11ee-9788-92fbcf53809c.pngAC90V 5ms6069ddf2-670e-11ee-9788-92fbcf53809c.pngAC90V 10ms607a0cea-670e-11ee-9788-92fbcf53809c.pngAC264V 5ms608f8214-670e-11ee-9788-92fbcf53809c.pngAC264V 10ms

4.6 其它重要波形测试:


初级MOS_DRAIN(蓝色)端、CS(紫色)端波形图:60a10e30-670e-11ee-9788-92fbcf53809c.pngAC90V/60Hz, 100% Load60bde082-670e-11ee-9788-92fbcf53809c.pngAC115V/60Hz, 100% load60db67e2-670e-11ee-9788-92fbcf53809c.pngAC230V/50Hz, 100% load610091fc-670e-11ee-9788-92fbcf53809c.pngAC264V/50Hz, 100% load次级MOS_DRAIN(紫色)端、GATE(绿色)端波形图:611ed8d8-670e-11ee-9788-92fbcf53809c.pngAC90V/60Hz, 100% Load61362fba-670e-11ee-9788-92fbcf53809c.pngAC115V/60Hz, 100% Load615a2f0a-670e-11ee-9788-92fbcf53809c.pngAC230V/50Hz, 100% Load6177270e-670e-11ee-9788-92fbcf53809c.pngAC264V/50Hz, 100% Load

4.7 EMI评估测试:


测试条件:输入:AC115V/230V;输出:19V3.42A;负载类型:5.5R 水泥电阻。限值标准参考:EN55013、EN55022B6193e678-670e-11ee-9788-92fbcf53809c.pngAC115V/60Hz_传导L 线61acfd0c-670e-11ee-9788-92fbcf53809c.pngAC115V/60Hz_传导N 线61c49660-670e-11ee-9788-92fbcf53809c.pngAC230V/50Hz_传导L 线61d8b938-670e-11ee-9788-92fbcf53809c.pngAC230V/50Hz_传导N 线61f4e7b6-670e-11ee-9788-92fbcf53809c.pngAC115V/60Hz_辐射6206bb58-670e-11ee-9788-92fbcf53809c.pngAC230V/50Hz_辐射

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