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

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% X) M3 s0 g. J" Q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。

6 F+ X$ n5 p# v8 e* `9 ?. W0 ^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。

0 X" p& F1 e. @0 Q; f" L. w' `以下为测试样机图片：

CR6249样机图片

) j- n+ b" \" Y" d6 {6 v【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

8 N2 |6 o2 u( P9 y0 ICR6249：高精度CC/CV原边检测PWM开关

! _+ q) j3 O% ^, t产品概述
) ^" y! s" G) q  D" e
8 V8 G6 p. S% A" h# ~; {" \! _+ mCR6249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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5 U6 o+ V9 v: F4 ?) `. P# l4 HCR6249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。

% `& G+ n3 p, J% V! \5 V主要特点

● 待机功耗低于75mW
" f+ P/ F* H* @8 T$ }9 b● 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
● 采用多模式控制的效率均衡技术
" R- ~4 U4 d& K: i6 ]1 q● 高能效QR控制模式
; v+ P8 L2 B! f1 h) d; M$ v● 内置输出线电压补偿功能
● 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
6 k/ i$ J( c, \- G7 b● 动态负载响应功能
● 内置过温度保护功能
3 N+ X" d  }6 x● 内置输出短路保护功能
4 P# c2 S7 R" W( ~0 x- O' d● 内置前沿消隐
/ k2 Q3 g7 d- O- ~4 [● 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
' d/ E" f( N, h) l●  内置输出整流二极管短路保护
+ O$ \3 d) F+ b: s$ R' U● 内置输出过压保护功能
2 |* n0 m' V0 j( d% D4 u● 内置所有PIN脚悬空保护功能
* x6 [7 l* Y( H& ?/ \( I" l● DIP-8L绿色封装
+ d. E# P1 `, |' ^% N# p" j+ F8 e1 ?
! c$ j4 \0 m) y9 [- h基本应用

● 小功率电源适配器
& {* g$ j: K+ h5 a+ `* d● 蜂窝电话充电器
8 g! C' Y  @2 V4 n! e● 数码电源充电器
" p* S! H% u$ Z* [, x● 电脑和服务器辅助电源
- X* F" k# l! h● 替代线性调整器和RCC

% b. B7 t. r  a% C' D/ S典型应用

引脚分布

1 _, w4 n2 e3 ?4 x! V引脚描述
+ [+ J8 \9 w5 r: c$ ^; m
$ j- a6 e' g, S$ b6 \& E8 Q+ b, s0 S

【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。

【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。
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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。

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。

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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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。

【调通要点】

  g8 s9 u# K* Y7 ~, c8 t  H8 r: t# v8 n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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7 f/ u: v  c8 j. \. D5 w' @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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【最终结果】
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1 }. ?% ^( l, H1 L7 t1 H. [9 {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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