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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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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2 S0 ~7 G7 D2 b' O* Y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：

CR6249样机图片

3 ~* o4 e4 X0 n' [/ o( J【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
7 L1 M; ^1 p4 Q【规格】12V1.5A
【控制IC】CR6249
( G! z" B6 `4 Y# D, M9 v$ w
7 f3 R! d# G0 j) }( dCR6249：高精度CC/CV原边检测PWM开关
4 R, t( s. j, z" C4 M8 M
* d, z3 F% _( D$ |产品概述
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  g; U! ?- p  I% xCR6249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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) b2 P7 y4 V6 C0 f) c2 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。

主要特点

. Z. `. q! f" S: l1 F4 N● 待机功耗低于75mW
/ g, z, P0 o& D$ Z% E1 d● 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
- h( h& F# r2 b8 G3 |4 M4 K2 L7 J% ^● 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
: `2 F5 ?& c3 q- U# T# i2 R● 内置输出线电压补偿功能
● 内置初级电感量偏差补偿功能
  k$ h5 ], Y. i7 M● 内置全电压功率自适应补偿功能
9 P, R4 F9 l$ a0 V0 x● 动态负载响应功能
" B. o3 c9 _/ B' P! R● 内置过温度保护功能
! X- I- B" m. _1 p, |( ?6 d● 内置输出短路保护功能
6 V. ^: F+ ]- W) t) N● 内置前沿消隐
● 启动电流和工作电流低
! t, E, N, K, {$ i● VDD端过压保护和钳位保护
$ K$ X' `. G2 R5 x, ]8 d● 逐周期过流保护
●  内置输出整流二极管短路保护
  X+ h5 j  N+ o: F6 _' r● 内置输出过压保护功能
2 _3 H$ B; f4 \4 [0 \4 M● 内置所有PIN脚悬空保护功能
" v  N0 L% O- G9 |" ~( ~; |" A% E● DIP-8L绿色封装

基本应用
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4 b/ {6 U2 {7 g; ^& B● 小功率电源适配器
9 d. K/ i3 l* s● 蜂窝电话充电器
9 \0 @) g4 {/ e) a1 R/ |● 数码电源充电器
& y% s/ H9 p5 l4 p7 `● 电脑和服务器辅助电源
  |( X: [  |) X8 y* p( M3 }" W( k● 替代线性调整器和RCC

典型应用

0 ]1 U  S- f) K  v2 R8 i

引脚分布
2 X+ [& c! @* A3 Q$ y% u

& s5 M% m: V( c# B/ E, S  ^引脚描述

5 Y/ W8 v% S  y5 T

【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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; i" ]; T4 F1 B0 K8 L6 P- }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。

( K1 n3 Q8 b; }/ U8 k8 F6 o4、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。
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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。

  ?2 l* T5 q& N' f3 ]+ S  R; ^【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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& H: g0 B1 K1 o0 i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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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。