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
9 i5 D2 J' ~/ ]& s6 X6 [7 b
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。

6 l" H6 e# Z6 j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。
( o) a  ^( `1 ?: a  a" n
2 w$ O* ]2 f* D- b: S# g0 S/ ~$ i以下为测试样机图片：
2 y  f( V& j; }, V) C

6 s  u. J5 I; Z& w2 O* e

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
【规格】12V1.5A
. D. X0 P) A' E# c3 D6 n【控制IC】CR6249

+ s' y* A9 C- d. yCR6249：高精度CC/CV原边检测PWM开关
& Z% j, y9 J# O" {$ r/ [5 X3 a/ |
产品概述

* Y# N) `, N1 e/ U* |1 R, G7 T5 dCR6249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。
; v* p5 Q5 e' O& H% Q
CR6249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。

- Q2 d+ A/ N9 d0 ?0 ^; K4 g0 u主要特点

7 n# r0 w+ ?6 Q" U8 s● 待机功耗低于75mW
- ^' z4 p* X6 s. L7 _● 原边检测拓扑结构，无需光耦和TL431
● 全电压范围内高精度恒压和恒流输出
( X/ n& |/ }7 n) Q/ U. @0 a● 可编程CC/CV模式控制
● 采用多模式控制的效率均衡技术
% E1 C3 _. L# r; R● 高能效QR控制模式
5 ^- n2 K' _" p$ [' q● 内置输出线电压补偿功能
5 S& \; r4 L3 N% q1 M3 `# F● 内置初级电感量偏差补偿功能
+ M' N) _6 W- L- R% G& o( X● 内置全电压功率自适应补偿功能
2 Y' K( `& p2 @7 P$ l: @5 x● 动态负载响应功能
● 内置过温度保护功能
! T) s4 v, V7 [/ T4 c' w● 内置输出短路保护功能
● 内置前沿消隐
● 启动电流和工作电流低
5 b% \. y9 W/ y. E) l● VDD端过压保护和钳位保护
● 逐周期过流保护
●  内置输出整流二极管短路保护
9 |4 c* d( F- H, J0 p' B0 T5 j! ?● 内置输出过压保护功能
4 N) a6 @1 {: d9 c& N4 [2 Z● 内置所有PIN脚悬空保护功能
● DIP-8L绿色封装
7 L" ^% X+ U; n  a7 w7 \$ v
# j$ ~4 }; }  Y; |( B基本应用
9 Q0 r, E  p& V: ~
● 小功率电源适配器
● 蜂窝电话充电器
9 @, c$ S: a( I  ^% l% E* c● 数码电源充电器
● 电脑和服务器辅助电源
● 替代线性调整器和RCC
7 z+ F  Z" t2 p/ Q2 Z
5 d$ X' T9 y* o典型应用

引脚分布
3 q4 p1 ^3 \2 }, z; r0 t

% }% Z+ s( G1 F6 @9 j2 V引脚描述

# J$ H8 I1 S5 E/ U( a【问题描述】
1 ~/ c$ P) b. k8 |% x
& w! _; n# Y8 r' W0 X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。
2 M: x+ b+ H& e& l
! F/ r) Q" K& |8 ^0 S: i- ?5 Q  v

7 a6 X( }# h& Y% p3 B【解决思路】
8 I  T$ J% `- R5 x
7 F6 {6 l5 w. p& Q1、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。
1 x% r- D' f( ]! X
" p' J, N* z/ \5 Q2、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。
8 @. q4 z, e$ e6 l+ r+ w" |
" |6 I: R8 A" L+ z+ Q/ r3、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。
- a8 p, {- K. b( n
# r5 L$ O4 i  @% G; \7 m' x. _4、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。

) f* A  U3 F( `. {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。

! O- L0 {" Q: y7 b/ X  T& l2 N6、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。
9 k7 ^$ X* L: \
【调通要点】

% n& N0 @7 b9 n5 c: V

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。

4 B+ b# c) Z/ j( k2 D

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%。

1 e. Y! U/ W" u  p( R. r4 M【最终结果】
' |+ D) J. V. G0 j+ I7 n, G
6 `6 \) p- ^9 v, K' Y3 u2 h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。
5 |* O! c* F3 s; j5 k& ]1 f0 r, u8 _