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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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# ]+ V. d; {& k. u& w作者:屈工有话说8 Z) e" ~2 o5 `1 o
* {; i+ _8 e' R- z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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4 g5 l4 g) y# C9 D6 |( ^# 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:
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8 w0 X* D3 \0 w& C: P; qCR6249样机图片 9 t5 s5 {) B9 C% Q P) }" 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RCC7 k5 f% N" Z ]: h
【规格】12V1.5A
+ g( l9 o# `- z! g【控制IC】CR6249
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CR6249:高精度CC/CV原边检测PWM开关$ _8 W- Y2 d+ K+ h- m. C6 V2 S$ J4 G
9 d- s+ x( A* ]9 i8 J- u产品概述
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6 ]! E" z& z; @2 X. C7 KCR6249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。- p7 I$ ]; q: V6 ~: }
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主要特点
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● 待机功耗低于75mW# i3 u: I5 m4 }' ?8 {
● 原边检测拓扑结构,无需光耦和TL4316 k+ [5 i+ p; R6 G" r6 z' G. ~& V
● 全电压范围内高精度恒压和恒流输出( L# G3 s$ L" B/ Q* m
● 可编程CC/CV模式控制
! z! j3 T7 C; h9 g0 ]8 k● 采用多模式控制的效率均衡技术& p9 e" G" e5 [
● 高能效QR控制模式
, h9 c$ N. N c9 u4 E● 内置输出线电压补偿功能. n7 _) N$ J* o5 b3 B7 Y
● 内置初级电感量偏差补偿功能' N" q5 Z& |/ y0 v* V7 r
● 内置全电压功率自适应补偿功能
) ~$ p- p+ _0 D% s● 动态负载响应功能
5 L1 K, t% ?7 D/ h● 内置过温度保护功能# Z% M& X9 [" _4 [1 W9 c
● 内置输出短路保护功能0 b* D1 y' a, w3 C, |1 j& F
● 内置前沿消隐
$ A0 d4 d. ]$ I# Z0 \0 W9 X: u● 启动电流和工作电流低, c7 t9 g/ a- ~+ W+ o' O, J' |' G
● VDD端过压保护和钳位保护
8 N/ R& i9 C& ^3 o$ u● 逐周期过流保护0 w$ M! n" _2 ?0 q4 b- B" ^/ q7 O
● 内置输出整流二极管短路保护0 B E3 z/ ]1 L
● 内置输出过压保护功能- N, s: V: y+ M# a
● 内置所有PIN脚悬空保护功能
; S! ~/ `2 a/ k* f8 x$ m, U' n● DIP-8L绿色封装
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基本应用$ C9 O1 @5 U/ v3 G
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● 小功率电源适配器9 N' t( F* K% ~9 ~' G( j L
● 蜂窝电话充电器
, e) w) d+ h# B7 |● 数码电源充电器
$ g0 g3 h( @: M6 [, U% D● 电脑和服务器辅助电源
% |4 F& [& B. p( q; [9 \● 替代线性调整器和RCC c* D6 ^% g) |2 Z) i, @; T
6 e4 J# g6 ]' ]+ @! V典型应用
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引脚分布
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) P8 `/ u0 [7 c6 q引脚描述6 Z1 @" R8 f( L+ U6 z$ E
5 B% l! }! |" P9 @$ w4 a4 M
* ?5 J5 u! i. m+ r) R* a9 f/ A( s【问题描述】; j1 M) }2 S) }# s4 D
4 F0 M( k8 H" H: v' z2 _) O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。; D* {9 u+ ?) H" c! ~
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+ f# Q3 m' X( \0 E4 ^% f【解决思路】4 @' y, ^( @* O9 y" W
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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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# k0 G( o: C+ d# ^& X( ]2 W5 R3、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。* {5 X0 T, C8 r, B8 P5 x
. X1 f/ G5 F1 z I( ~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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2 a* o+ U- L: f {# ~- H2 U5 O5、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。
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【调通要点】, b% G- C9 b* M% c- C2 Y2 K) w
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4 L) x+ L u m( u$ m; v, w0 E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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4 u; v4 m8 ^& n3 x/ O; n+ v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%。3 t6 T& ^- b9 s) W5 ~+ H
6 q' ^' H( W% Q【最终结果】
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+ ]! e$ J: i: d9 a; {2 x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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