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

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。
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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。

以下为测试样机图片：

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CR6249样机图片

/ `; l& f- e1 n" u, A# `7 Z6 @【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
' z. u" E' ?1 |" H' [" h【规格】12V1.5A
【控制IC】CR6249
8 L* g( W* F, L# K( G( Z: K
9 T3 O6 b; [& R1 oCR6249：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。

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。

主要特点
0 D/ G: O5 {# n! O* Z$ u) Z
● 待机功耗低于75mW
' i) o( g: J% ?: z. [● 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
● 可编程CC/CV模式控制
' G* H# _. h0 j; q5 }- i6 k$ T& T3 ?● 采用多模式控制的效率均衡技术
7 l; e1 G* c2 [● 高能效QR控制模式
● 内置输出线电压补偿功能
● 内置初级电感量偏差补偿功能
* L) g- g/ n8 P& f● 内置全电压功率自适应补偿功能
& M$ s* U5 J4 e9 j8 ]5 Z. ]& ]● 动态负载响应功能
● 内置过温度保护功能
1 S& z* y( `2 {9 }  C● 内置输出短路保护功能
9 m. m/ k6 c) d7 v8 r; X; V● 内置前沿消隐
● 启动电流和工作电流低
! L- k$ }# Q! ~* }# m$ g● 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
● 内置输出过压保护功能
● 内置所有PIN脚悬空保护功能
4 J% x) T5 p3 T! r5 Q& C- l3 o● DIP-8L绿色封装
: Y$ {- G, y& h; K! a: }3 Y# [( z
基本应用
* B% u# U( J2 Q
● 小功率电源适配器
/ n5 s* o4 R3 U" @4 _: M: O3 T8 d● 蜂窝电话充电器
4 h. P7 ^5 P9 k4 @0 u* ?. t# S● 数码电源充电器
7 A1 x, w6 G! i1 y- H! Y8 S$ e) Y6 e0 P● 电脑和服务器辅助电源
. I1 k& }/ [5 a3 o7 M● 替代线性调整器和RCC
5 N. k  g# `, X  W+ k! q2 R
. {0 I& M% w: F5 n- A. x典型应用
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, Y  R; A; c+ q" l. b

引脚分布

4 U/ o6 G/ V0 Y4 Q% @2 m引脚描述

【问题描述】
' \; m$ H! h, P1 ?/ u
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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1 p0 @$ E. X' g: f! ], I【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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9 }3 t' y- |/ |  A  k# J; {1 a3、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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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。

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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, e" h- Z2 V; ]  @  T  g! e* ~' J6、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。

【调通要点】
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3 }( G8 K4 X" S7 e- z+ z! m) r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。

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%。

【最终结果】
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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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