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

1 C2 q* i, G. F5 [
% M* t/ U6 y4 ~# ?9 f3 u' y作者：屈工有话说
3 H3 |( O: c2 R* l0 Z, f
+ h3 o1 r3 V8 y& {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。

: V: M% m5 {/ n$ `8 U# R- H1 _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：
$ M) B2 y1 Q( B9 u

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
【控制IC】CR6249
2 k1 x. @6 J% l" L! m
CR6249：高精度CC/CV原边检测PWM开关
- c1 P! c( ~$ j3 ]. A
产品概述
( {6 b- J( B! N& y9 D
- p3 L( P4 E+ c2 G5 FCR6249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。
; W  Y* n$ z! y( a2 D
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。

6 C) {' ?7 s, {! h主要特点

# p1 Y2 N5 o, k. g" x( {3 f● 待机功耗低于75mW
● 原边检测拓扑结构，无需光耦和TL431
# z7 P* p) m# I2 V+ u) C3 }● 全电压范围内高精度恒压和恒流输出
% [& ^& b! d( \8 O● 可编程CC/CV模式控制
● 采用多模式控制的效率均衡技术
# G$ S' O7 a% j, l  `$ g● 高能效QR控制模式
; _5 f! f! E+ w( d● 内置输出线电压补偿功能
+ `- b( Z+ f, T5 l4 x- t7 B) H& {● 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
$ W0 k  }# v; p6 X' I● 内置过温度保护功能
● 内置输出短路保护功能
+ P- U2 \& H: f2 F. Q● 内置前沿消隐
9 G5 v: H! J5 ~4 z  o6 e0 b● 启动电流和工作电流低
● 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
5 J# x% p6 g! x$ b. I5 \6 X● 内置输出过压保护功能
● 内置所有PIN脚悬空保护功能
0 r4 g1 y: ^# k) k6 N4 [# s7 Z6 c● DIP-8L绿色封装

基本应用

$ q# {3 s, U1 k● 小功率电源适配器
# d3 W6 W9 N2 @3 o! K2 k● 蜂窝电话充电器
' w* ]5 J% n$ Z+ z$ ~$ F: L# [3 _● 数码电源充电器
. i' X4 j( G; _# C3 v) u● 电脑和服务器辅助电源
) G: _/ X6 {0 _: O; {* u● 替代线性调整器和RCC
9 Y1 x1 b& }9 R1 w$ o
8 ]7 x8 ~$ M' H# ^# K典型应用
  H) t& t6 i! O+ c5 f) ?+ B
% |: u, w( m5 r% j. U2 U5 o" O/ O

引脚分布

引脚描述
' x% {: o& G8 z- o) }) o3 K

" }6 l8 f% E, t! l% ]【问题描述】
( o+ u+ _/ i2 D% b: ]' ^! Q
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。
8 R2 _: ]+ b  a2 L5 s# [

【解决思路】

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。

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。
+ s  t3 Y, q" m& U; H
! C: W+ H% ]1 `8 W/ G- y; l: o3、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。

# J1 z; O) X  }0 K- A4 f4、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。

+ j. m8 u, C0 u0 I1 q. A) R4 Y5、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。

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。
9 l3 Q: y" j0 ]8 q& Y- x. ~' K
9 G4 K9 A6 k* V. a) l( Q! b" x【调通要点】

( B' r- @; q, K0 o+ ^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。
% [' Q% R* ]6 A

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】
+ M1 w4 I# Z1 L% U7 b+ @
' r' n9 B5 I, A1 ~4 {) f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。
+ k. ]8 ?* x9 Y

( ]+ Q3 f5 P: |. N1 }