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

" I+ S" h6 Z$ k5 G/ ]) Z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。

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

【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
) w6 L* P( X+ T2 g2 Z4 `【控制IC】CR6249

CR6249：高精度CC/CV原边检测PWM开关

3 j' @& z# G( e产品概述
6 d: k) M$ X6 `5 Q& z( K! ?5 S3 W
: F/ l/ f2 }) V5 x2 C% i  wCR6249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。
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! H9 T! G& _4 [7 E3 I5 Q7 WCR6249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。
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主要特点
; C/ x) s- P, x# d+ J$ B
3 @: C6 E$ F, o% @● 待机功耗低于75mW
● 原边检测拓扑结构，无需光耦和TL431
  q% d3 `- ^$ n7 b. T● 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
1 l% V3 X# j/ |, Z7 K9 C( [% L% o● 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
) w3 w! H0 P2 y● 内置全电压功率自适应补偿功能
4 k0 k! @- _1 ~0 l: V7 p+ _● 动态负载响应功能
7 c2 {* {! n/ w1 S/ B0 P- L: b2 g● 内置过温度保护功能
● 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
● VDD端过压保护和钳位保护
● 逐周期过流保护
2 w7 l4 K( Y( m/ r●  内置输出整流二极管短路保护
$ q. n6 ]/ t- w4 V6 v- G● 内置输出过压保护功能
; t( U# X4 B& ?+ k5 R( |5 d● 内置所有PIN脚悬空保护功能
● DIP-8L绿色封装
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. l* @& q  u* J基本应用
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● 小功率电源适配器
/ [, H  K3 n& a* P4 `● 蜂窝电话充电器
. N2 z' s: u  n; w8 a8 S● 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

" b2 w- \0 {8 J  t典型应用

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引脚分布

! P2 Y& j5 o$ _( Q; ^% h* F! e引脚描述

% K4 }. O2 ?7 u/ e3 a0 W- s, o$ m【问题描述】
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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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% h: T' d9 {* m9 w& G8 K【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。

1 U* r0 C4 O1 I! W- B. p2、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。

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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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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! K# o0 _: B$ \6 z5、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! t4 T- }$ `2 O$ Y; c1 i6、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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0 q( Q/ d9 K' x# p/ J: `# h【调通要点】

) y. ?' y+ y  p9 {0 t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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0 n+ e5 A' a  v( B  m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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. v, z2 e5 d/ a2 m- ?! ]【最终结果】

/ N3 ?5 T2 R& J! S1 A# k* {1 N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。