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本帖最后由 思睿达小妹妹 于 2023-8-8 11:43 编辑
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作者:屈工有话说
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! T& P/ P8 U7 o( h6 A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。
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以下为测试样机图片:
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CR6249样机图片 2 l0 U. G8 b5 R4 g2 D) F" Q
【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' u( O3 ?( v6 z
【规格】12V1.5A
) G7 [2 P& A/ c【控制IC】CR6249
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5 j8 }9 ? t3 ]* S. i; pCR6249:高精度CC/CV原边检测PWM开关9 C4 q( B. }3 h8 w3 C
$ n$ y9 z) y2 u9 p( `- G产品概述! K0 q, f) a/ R! d. o0 z4 U$ G# z
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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。
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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。
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% u1 C* }$ @1 ~主要特点) Z/ Z+ m3 T, }/ q$ `2 w$ l9 n3 w
4 d- f+ U. _# X) a# M( C3 i● 待机功耗低于75mW
3 u: A$ }1 B6 D/ u" K● 原边检测拓扑结构,无需光耦和TL431/ s+ R& |& v1 o
● 全电压范围内高精度恒压和恒流输出6 _, H) v9 D& A4 y* d: D
● 可编程CC/CV模式控制! P1 M' z" [% Z
● 采用多模式控制的效率均衡技术8 h; p/ A- E- g: ^ [
● 高能效QR控制模式7 N4 [/ m" w, f6 u# y2 a9 F/ W# W
● 内置输出线电压补偿功能0 @ j* h( u0 e; c o7 L: O# \1 ]
● 内置初级电感量偏差补偿功能$ M0 p* x* u5 p+ Z5 c5 S3 e( l; f% l
● 内置全电压功率自适应补偿功能; O- R* b; g, \# I( v
● 动态负载响应功能( R" Q- D. J' H: {
● 内置过温度保护功能
* |1 S2 D! J" E● 内置输出短路保护功能
" o) k, _$ B8 m1 k3 x9 b; z' W● 内置前沿消隐+ u& [9 a. h+ U" ~" q, F) m
● 启动电流和工作电流低# P& b1 Y: ~) ?4 W5 S4 [
● VDD端过压保护和钳位保护6 J1 Z! n) `) W3 g3 S! D
● 逐周期过流保护
1 A+ o+ A0 V7 Y- ~2 h5 j) Q9 M. c● 内置输出整流二极管短路保护
+ D( M9 P- t, u p0 a* ^# G● 内置输出过压保护功能& Y1 o m1 [* m+ i/ ]$ S
● 内置所有PIN脚悬空保护功能4 m- z2 ~% Q: O: v/ L
● DIP-8L绿色封装$ B4 w* c# m/ |: I! A# f
+ c J* y6 V3 V- w1 V基本应用$ ~! M% [9 N4 z2 Y% D8 {5 {3 M
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● 小功率电源适配器
3 S5 n0 S5 I6 o$ G! O3 Q- ]7 z! ?● 蜂窝电话充电器; d, l Q4 _- D! h' n/ x9 c( W
● 数码电源充电器* E J Y* m# S, W) L* j
● 电脑和服务器辅助电源
2 Q$ l( @ E3 }5 M' l● 替代线性调整器和RCC
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典型应用
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# _* T5 P7 k' m& Q5 t. P引脚分布
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1 t5 {; W C& u6 h9 |引脚描述0 c( d8 a5 v5 z5 H
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, z7 V" S7 l1 H" v1 b* ~. o
【问题描述】/ f" ] l5 z% x6 M" x/ ?$ j* M, z
) D4 N. t7 h2 e0 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。
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; C' H x2 Y& v& F【解决思路】- D7 q0 h; n( q- w8 n$ R7 P
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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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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。9 e( r& Z9 P' F6 G! S0 I
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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。% ?$ z( T# t3 e$ s- A7 Q$ }. D
2 L2 N0 x& P5 @% g【调通要点】
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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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" b h; g# Z4 w, G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%。+ b( _" h+ N* |7 W
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【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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