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

3 i; O; s, n+ |
$ [( Y8 i( Y% k作者：屈工有话说
- |9 L- E4 ]3 I, `2 K" f
7 ^% x; C3 [, a7 y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。
8 w! S2 |- @9 ~( c9 t  i
+ l1 p0 D5 U$ }/ t) u; L( @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：

; X) Z3 x5 g7 g7 o* ^

) N* Y3 q# \: w4 D3 @" Z- R7 t

CR6249样机图片

$ A& P9 ]4 k: s# q: 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
3 f, U# r* ]7 G( {【规格】12V1.5A
4 E8 Z0 V, P( j4 Q- S" _& k【控制IC】CR6249
. x" g! k) D& s; a+ ~
CR6249：高精度CC/CV原边检测PWM开关
6 f1 e) h6 |: i. O" L8 U" q2 [' @1 m
  B4 e8 J( [* H产品概述

! s4 K) Q) w/ X, TCR6249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。

; R. u4 v1 o# Y/ D8 g主要特点
* s. L  P7 K* _) X% i4 H, j4 F2 x
● 待机功耗低于75mW
' {1 A6 \: ^1 f1 L6 I● 原边检测拓扑结构，无需光耦和TL431
- @% W; D$ C. b4 x/ F● 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
● 高能效QR控制模式
● 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
● 动态负载响应功能
, [7 I4 }" B. r) g6 U3 M● 内置过温度保护功能
+ D, a/ Z# H  S$ A● 内置输出短路保护功能
0 Q- E1 Y( I4 v% j  o0 m6 o● 内置前沿消隐
● 启动电流和工作电流低
* y% p& R  q4 f( L" K8 U● VDD端过压保护和钳位保护
5 C- h% T, k4 ]9 R7 _$ l● 逐周期过流保护
●  内置输出整流二极管短路保护
: G4 e; @* I; ]" ]" j$ U& v● 内置输出过压保护功能
● 内置所有PIN脚悬空保护功能
● DIP-8L绿色封装
% ~2 [2 j  w- [$ c5 Q$ r
9 Z+ o4 I0 A1 G基本应用
4 Z1 H5 S6 V. }" B: X
& r* R) V9 d& \% \+ c0 x● 小功率电源适配器
● 蜂窝电话充电器
; \' D+ i  N/ q8 q% s9 o( A* X* E/ n9 _* j● 数码电源充电器
* x& n; D' b. Y& J7 j- k3 r6 n7 ~" b● 电脑和服务器辅助电源
# k# x7 R( O6 J; w● 替代线性调整器和RCC
$ z' J7 }# c( d0 D. U
典型应用
2 J8 }0 J9 N1 I
& A) _7 D& t2 J. k/ U( }/ y

引脚分布
, x$ t, b+ v5 G5 G. D7 z; |" {* t" p

) j! K1 o+ r+ H; R7 K. {引脚描述
/ J# S/ s- |- Y

3 k- Z& \; t) M( k$ f$ o3 Z9 [9 }' V【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。
# t6 l- @5 n, R* U' N" z9 t: }8 l0 q
5 r0 c. ]; \, r% I! v2 G( a

【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。

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。
7 e% g  y: h" r8 G4 S% b
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。
, y0 s' L8 X. S; C) D
5 u; z9 A- i/ G4、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。
0 C/ g+ s( S  Y2 v) X; c/ x9 l# v
3 ~" U1 a$ P8 C) }# ^+ J5、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。

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。
0 l( r& E# v0 t# a+ I' n
3 Y( S# p+ E% _$ N3 C: T4 c* T【调通要点】
; k+ l# r/ k0 k! y

$ |& ]+ \6 ^/ w( U" c% `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。
& y3 X6 |& Y) B+ t, Z5 D3 x* k

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。
  s4 d3 l8 u; ~: I% u( R/ G% Y

$ O8 x/ T8 h. Z& J6 L; `% ]