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

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. a; r* L- I" h( F; C& O- L3 X作者：屈工有话说

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。

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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$ g$ a# p0 g* R$ K. x! f以下为测试样机图片：

CR6249样机图片

0 }9 n; q7 L  P: }; m【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
+ V' d( T3 t  B5 z1 H2 L1 v7 Q【规格】12V1.5A
+ G& i- R# N" k4 L【控制IC】CR6249

CR6249：高精度CC/CV原边检测PWM开关

$ C, Q1 B/ s& d% Q) i* g; h' Q. A3 h产品概述

7 j, A* ]3 ~8 U( Y4 oCR6249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。

7 ~' T/ L4 ~2 K4 UCR6249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。

8 x+ [& j; C8 L0 q. L* k& j主要特点
- g/ q8 j% w( E: |+ Y) f. D9 U
● 待机功耗低于75mW
● 原边检测拓扑结构，无需光耦和TL431
$ _3 \  l* r6 J3 P4 D) b● 全电压范围内高精度恒压和恒流输出
● 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
+ J: v# `4 a, Y2 h● 内置输出线电压补偿功能
- ?, X; U0 H! U& D5 P! H( J+ D6 w4 C● 内置初级电感量偏差补偿功能
& d- m7 y  e. }' a% x3 x+ k9 ~● 内置全电压功率自适应补偿功能
● 动态负载响应功能
● 内置过温度保护功能
, }1 O0 U; q7 I9 K* @9 S3 w7 P( _● 内置输出短路保护功能
● 内置前沿消隐
. W& k7 p0 q' R" n- U● 启动电流和工作电流低
● VDD端过压保护和钳位保护
7 m( D5 o2 f5 S1 I* e- [● 逐周期过流保护
2 ?+ n! U7 K, z- ^5 ]" ^% ]' p●  内置输出整流二极管短路保护
● 内置输出过压保护功能
● 内置所有PIN脚悬空保护功能
  o1 g+ r" f% g6 d$ r2 B  {) o● DIP-8L绿色封装

% d9 F% |0 B) P. X% G$ i2 Q9 z基本应用
% }. j! U& M! u: Z: U+ z
● 小功率电源适配器
$ D- S: f# P' s* l2 u● 蜂窝电话充电器
● 数码电源充电器
: U5 }, x5 L" [$ w+ E+ k, H● 电脑和服务器辅助电源
' ^. {) D: F# F; d/ x' T● 替代线性调整器和RCC

典型应用

, X( a8 x. R% l; O$ S

引脚分布

: G- m4 ]4 v9 x8 }5 w0 b9 e- }引脚描述
4 n  D/ V, S( u, O: D. |: }
* A9 @/ ^$ B# b  G$ p

【问题描述】
7 Q/ q% Y" a4 S* R& v+ V
% ], y/ P# k- R; Q5 j  [+ ^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。

【解决思路】
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1、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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2、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。
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3、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。
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6 U5 G! _# g# |% ?3 [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。
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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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6、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。
8 g& V* [  T3 V8 |9 O3 P6 S- X8 e
+ q; d) }) ]* f' g# p【调通要点】

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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8 K: k3 ~% {: g/ s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%。

6 x/ I  d/ e* i, B4 ~# E【最终结果】

) ~+ @3 J/ ]$ U6 ]' S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。
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