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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0 P: `- r* ~5 @  G5 I9 v作者：屈工有话说

/ k% L: ^. ]) E. Y' n7 Y, v3 d& @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。

' k  \5 r# r+ A; c5 T4 C8 }以下为测试样机图片：

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* V4 v. o/ G1 P2 b

CR6249样机图片

7 a" M* v% e: d* d2 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
( D. B, \2 A( g/ w3 C3 q  e& i. k【规格】12V1.5A
6 t4 Q. r# w/ A! v1 ^" T【控制IC】CR6249

CR6249：高精度CC/CV原边检测PWM开关
! ]/ w; }/ i1 o1 Q0 O+ V
, x7 |2 Q2 Z' Z9 s产品概述
' w; `% w. t$ g8 x- s! Y* S) M  z
" c+ ~8 v: G7 r7 G2 x' S  u2 p: DCR6249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。

$ w8 Y8 I' b, O7 j3 b/ }/ n8 UCR6249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
( g# a2 K& `$ i$ \! V: x
● 待机功耗低于75mW
* [/ j% `1 R' K5 y● 原边检测拓扑结构，无需光耦和TL431
& ^4 g# W) e# P$ V- S: h● 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
3 t7 X; N5 ^4 M1 S1 E9 \● 采用多模式控制的效率均衡技术
  `9 p( R, t, m$ i! h0 Q4 k& }. K● 高能效QR控制模式
/ [4 E" H  B8 B( p  n, P● 内置输出线电压补偿功能
8 O; G3 X- i4 @● 内置初级电感量偏差补偿功能
! O3 U: n) S5 r( H- p; D● 内置全电压功率自适应补偿功能
$ S5 g7 t: Z' W6 H( V9 w' Z: ^● 动态负载响应功能
● 内置过温度保护功能
. l' g' c! I& o. H# E2 [8 b● 内置输出短路保护功能
( g5 p' ^) |5 X. `4 x9 w+ X● 内置前沿消隐
● 启动电流和工作电流低
0 [& o; b) e% V7 ?5 _% B7 a, U3 l● VDD端过压保护和钳位保护
% `9 G7 R8 t) C. Q  A; H● 逐周期过流保护
●  内置输出整流二极管短路保护
, a( n1 ^; D+ u! t8 W8 T● 内置输出过压保护功能
7 \5 H- H0 C- S' I2 j● 内置所有PIN脚悬空保护功能
● DIP-8L绿色封装

, d$ ^# Z* \* ?9 @) I  L! W- G基本应用
. \9 R/ v1 T' W$ m
$ q4 X' _, `6 d) U4 g( n● 小功率电源适配器
" Q: j4 ~) K9 L$ m4 o● 蜂窝电话充电器
● 数码电源充电器
/ z5 h# Z- F& @● 电脑和服务器辅助电源
* J; S8 f* k) [% U0 Y' J+ ~+ N; w● 替代线性调整器和RCC
6 C. G- }( ]7 J6 a$ A
* L  W: I1 _  \' G1 G1 N典型应用
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引脚分布

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。

# W  ~# y3 O2 J( P) h【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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' _9 L5 L& X+ p; B4 q. r+ M2、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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5 H* \5 m! F8 D2 R" 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。

, U6 X7 \5 Q: U4、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。

/ ^2 W" ~$ k* T9 \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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【调通要点】

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: }0 r. A6 W& y- y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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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%。

; w- @, z3 P( H2 Y4 M! P* M8 _, W【最终结果】
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7 B% c- Y4 ?5 Z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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