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
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0 s( j+ G9 W; T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。

( n# z6 Q* y/ v! ?) [: ?9 c6 P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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8 @# F% D0 o! `6 B. T; u  E% n7 K5 w3 A. ~以下为测试样机图片：

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CR6249样机图片

* D6 j3 V$ W# M8 h* R; E1 F【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
' k( b4 M3 p  p+ Y8 E【规格】12V1.5A
# V8 Z: r; I7 }- h9 y! N6 ~0 D【控制IC】CR6249
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CR6249：高精度CC/CV原边检测PWM开关
. O9 z! ^4 @& r  R- r. @& `+ V. B
7 P& v' ~, \$ E+ t7 f" p产品概述
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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
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* E+ e& W( k" R/ Q5 \' i● 待机功耗低于75mW
. f5 U0 u+ C. n6 z6 {● 原边检测拓扑结构，无需光耦和TL431
+ [- D" I' y& w7 d" E4 ^# l● 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
9 K- _) o( s) ^' Q: m9 Q! n" t! D● 内置输出线电压补偿功能
+ R; g  @  N# j5 C$ i8 @  ?! J● 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
+ \& y# e. {3 s; r● 内置过温度保护功能
2 _( F9 W4 F) R  |● 内置输出短路保护功能
5 D1 t* Y- c+ m: v● 内置前沿消隐
- m2 U7 \! q" _! l/ m9 c; Y( n● 启动电流和工作电流低
/ y1 V4 Z- M' |0 }8 a) s# z+ {● VDD端过压保护和钳位保护
/ N3 Z# j9 S0 ~. Y8 [# t● 逐周期过流保护
●  内置输出整流二极管短路保护
, X- N# C: h4 T# g! l5 S● 内置输出过压保护功能
● 内置所有PIN脚悬空保护功能
& K+ S. C& r3 P' T% t/ U) l● DIP-8L绿色封装

0 B2 S& h% K1 c基本应用

● 小功率电源适配器
( y  q4 v  {- Q) W: n! ^● 蜂窝电话充电器
# j# G" ]9 C% p$ j7 _● 数码电源充电器
6 S) W' G. T5 E% z) y0 k9 ~● 电脑和服务器辅助电源
● 替代线性调整器和RCC
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0 v5 M) V4 p" L) R: Z' q0 A典型应用

引脚分布
* `7 S7 m. R& n6 F4 s3 F

* i/ m! S4 S' }: E1 U" D引脚描述
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【问题描述】

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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【解决思路】
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& p. Z2 \" j) j2 x0 H" V1、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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7 W% h+ a# C+ h2、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 w9 g6 W  U9 H; P+ c3、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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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。

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。
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, i0 v; X; g! o8 ?【调通要点】

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8 e: f: X- n+ E% i( @! A2 e' {# P2 h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%。
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$ j3 J. w. ~: |- N9 \0 l4 S" x) ~【最终结果】

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。