提高电源适配器效率，满足六级能效的几个小秘诀 (附案例)

思睿达小妹妹

作者：屈工有话说
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随着能源危机的逐渐加剧，能源效率的提高成为了当今社会发展的重要方向。为了推动能源的节约利用和环境保护，各国纷纷制定了相应的能效标准。六级能效标准作为我国目前最高的能效标准之一，对于能源的有效利用起到了重要的引导作用。当然，对外置电源（如电源适配器、开关电源、充电器等）的要求也越来越高。对于一些厂商来说，既充满机遇也充满挑战。

1 j- l" Z# _7 w' _5 |& w0 J1 ^. f本文以12V1.5A电源适配器为例，分享如何提高平均效率来满足六级能效标准的解决思路。
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以下为测试样机图片：
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CR6249样机图片

【应用】电脑和服务器辅助电源/数码电源充电器/替代线性调整器和RCC
/ M6 n) z$ r0 f* X1 L" |/ F/ p【规格】12V1.5A
) c8 I0 o3 i. S' U【控制IC】CR6249

  @7 T: g( k% V( X% r4 dCR6249：高精度CC/CV原边检测PWM开关

产品概述

CR6249是一款高性能原边检测控制的PWM开关，待机功耗小于75mW。CR6249内部采用了多模式控制的效率均衡技术，用于优化芯片系统待机功耗。QR控制模式提升效率，同时采用了初级电感量补偿技术和内部集成的输出线电压补偿技术，保证了芯片在批量生产过程中CC/CV输出精度，内置的全电压功率自适应补偿技术保证了系统在全电压范围（90V~264V）内输出恒定的功率。

- ]+ A0 l1 J/ {& @4 u: I9 YCR6249集成了多种功能和保护特性，包括欠压锁定（UVLO），VDD过压保护（OVP），软启动，过温保护（OTP），逐周期电流限制（OCP），CS引脚悬空保护，输出短路保护，内置前沿消隐电路，输出整流二极管短路保护电路，输出过压保护电路。而且内置所有PIN脚悬空保护功能，使得芯片具有更高的可靠性。

主要特点
4 j9 s) F  c+ f) L& W' F! n1 C
5 j8 ~9 ^' u7 I+ r● 待机功耗低于75mW
/ |! t) ~' B) \# m● 原边检测拓扑结构，无需光耦和TL431
3 R3 f/ k; a) o! L0 x& E3 C! v● 全电压范围内高精度恒压和恒流输出
, q7 f6 ?; }* x' S2 f6 [● 可编程CC/CV模式控制
● 采用多模式控制的效率均衡技术
● 高能效QR控制模式
● 内置输出线电压补偿功能
4 F! Y" k! T7 `  n● 内置初级电感量偏差补偿功能
● 内置全电压功率自适应补偿功能
● 动态负载响应功能
0 h8 l# G& Y" d: r  `* [● 内置过温度保护功能
. H- ?. Z: T: m1 k4 I# w! Y& Y● 内置输出短路保护功能
) f% b+ w. U# [. X● 内置前沿消隐
● 启动电流和工作电流低
$ K5 V  k8 ~* Y● VDD端过压保护和钳位保护
● 逐周期过流保护
" j$ ^$ s5 P( m+ |7 l% D6 y●  内置输出整流二极管短路保护
● 内置输出过压保护功能
$ c) t( I- l2 g( h% W( c● 内置所有PIN脚悬空保护功能
4 q8 w, Y% T, h0 m8 ]3 K● DIP-8L绿色封装

' a( V" f. |5 b! x% G# L基本应用

● 小功率电源适配器
" y; L' d- n6 f2 `7 n0 A; B0 d● 蜂窝电话充电器
2 w: Y( ^( T; B' j● 数码电源充电器
0 K5 _" e1 T4 {5 o6 q+ l+ B● 电脑和服务器辅助电源
$ M5 H9 c, e. I+ {. U4 _● 替代线性调整器和RCC

典型应用
  g! `' ^- v- B. M: V) x
3 x* L- D$ L: [

引脚分布
0 Z; k- w+ a$ Q" }  \/ o' e

1 \* u8 m1 }& Q. j# v# b引脚描述

) U+ R- E6 O6 }% S$ x【问题描述】

如下图所示，高低压平均效率只有84.64%左右，而六级能效需要85%的效率，未能满足六级能效。
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' \# P8 I$ v/ x/ y6 m  f【解决思路】

" h9 d$ ]6 C/ d" }- X1、选择高效的功率开关器件：合理选择低导通和开关损耗的功率开关器件，如MOSFET或IGBT。这些器件应具有快速的开关速度和低导通电阻，以减少能量损耗。
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" X1 {+ `/ c  O4 |5 b1 o* g2、合适的开关频率：选择适当的开关频率可以平衡开关损耗和输出滤波器尺寸。较高的开关频率可以减小开关器件的开关损耗，但也可能增加输出滤波器的尺寸和成本。因此，需要在效率和成本之间进行权衡。

2 e; L8 r) ^2 O$ z3、优化反激变压器设计：反激变压器是反激开关电源中的关键元件，合理设计和选用变压器可以提高电源的效率。通过减小变压器的漏感、减小铜损耗和磁芯损耗，可以降低能量损耗并提高效率。

( S2 D* W4 V# u4、采用合适的控制策略：选择合适的控制策略，如当前模式控制或电压模式控制，可以提高电源的动态响应和稳定性，从而提高效率。

5、优化输出滤波器设计：合理设计输出滤波器可以减少输出纹波和滤波器损耗，提高电源的效率。选择合适的滤波器元件和拓扑结构，以及进行合理的参数调节，可以达到最佳的滤波效果。
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$ |( I+ B6 {3 |3 L' \9 p6、高效的辅助电路设计：包括合理设计电源输入滤波电路、启动电路、过压保护电路等，以减少附加能量损耗，提高整个系统的效率。
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- m7 H8 }2 B) M【调通要点】
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$ C. n: `/ t" R" F5 F5 H使用示波器抓开关频率，发现频率只有35KHz偏低。IC本身良好的工作频率在50KHz左右，于是通过减小OCP到1.8A来提升开关频率至45KHz，效率提升了1个多点，达到86.24%，能满足六级能效。但由于测试效率为板端，为考虑带线测试时留有余量，继续优化效率。
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' y/ A  f# k" b7 Z) G( [9 c经观察发现次级输出电容容值为560uF，而电源负载为1.5A，容值相对来说偏小，于是尝试增大输出电容至820uF，效率提升了0.38%。
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【最终结果】

' z6 p1 A/ Q# |! u( H, s. C由于变压器感量已经很大，无法通过变压器感量提升效率。在考虑成本的情况下，不换大号的IC、不换内阻更小的肖特基的情况下，此效率几乎已达极限，能够满足客户需求。