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

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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  p% P% s9 E; q3 `; _6 b) b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

& o" [" ]0 h4 H( c【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
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  X1 h' o/ m) d! yCR6249：高精度CC/CV原边检测PWM开关

" ?" {( p+ Q$ D! Q; c: m1 j& ~产品概述

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。
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主要特点
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● 待机功耗低于75mW
7 `/ H/ f  A+ I● 原边检测拓扑结构，无需光耦和TL431
( o4 m8 ]2 D' }* b& ?1 r/ P! f$ s( t● 全电压范围内高精度恒压和恒流输出
* M) m1 F1 H3 p3 U" j● 可编程CC/CV模式控制
● 采用多模式控制的效率均衡技术
$ k: S+ ]! D: d$ R) |. H● 高能效QR控制模式
● 内置输出线电压补偿功能
# b1 k5 ^  N( L8 \● 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
* Q1 T! _$ V4 n" Y/ w/ s● 动态负载响应功能
● 内置过温度保护功能
● 内置输出短路保护功能
3 R- d: Q, @! Q2 l* q2 L● 内置前沿消隐
, ~! C* o+ g- B, y6 K( K● 启动电流和工作电流低
● VDD端过压保护和钳位保护
' Z) t- d7 ?1 R: q● 逐周期过流保护
' C  |' c" e. ?, q4 |1 x$ |●  内置输出整流二极管短路保护
● 内置输出过压保护功能
● 内置所有PIN脚悬空保护功能
2 z5 }# G6 b0 C+ B5 l! A' ^7 I● DIP-8L绿色封装
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基本应用
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7 z  U+ Z: Q! }; b( N● 小功率电源适配器
● 蜂窝电话充电器
● 数码电源充电器
● 电脑和服务器辅助电源
& ~- |! K" J3 p* }4 f● 替代线性调整器和RCC

典型应用
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( r( I/ E5 r! X

引脚分布

" `4 V, \( U3 i引脚描述

$ N: K% T6 M+ H( Z

4 \1 Q- ^4 J* A* Z. v/ p2 g【问题描述】

5 l$ F& b: I5 p5 H" A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】
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$ H) V( f) ~: _3 f. t5 _$ a1、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。

  k' ]0 x& c/ a8 E9 T  \. J; 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。

0 F& b- Q( G% d1 }! l! H7 r4、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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9 ]: e  s( c' H) L5、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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7 X* N3 D  t: l% P! n! d4 [) v6、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】

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%。

【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。