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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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作者：屈工有话说# o* q0 v; b. V3 U4 ]( g9 X
' V) d" e- ^! E# ~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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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。* [1 m+ C) N2 Y( K
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以下为测试样机图片：
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CR6249样机图片
" [# n& Q4 q X0 h! H7 I【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) e! Q+ ^* n" s4 ~8 F( @. r
【规格】12V1.5A: i' c& [0 o H1 [1 a9 L# g4 ?8 Z* a
【控制IC】CR6249. l; n, c( |& g3 T4 i* D, Q, ~
7 t% ]0 V. ^7 {) {& x1 l- p fCR6249：高精度CC/CV原边检测PWM开关5 O: F% E+ X- A) l) G6 {
% f a$ z! |- S产品概述
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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。# M( X, s" r8 X, F( d: ^9 Y. ~, _3 M
8 M( H, w! y* d, t$ fCR6249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。! n% D2 d# _6 k7 r* L& v
: ~ ?' \/ V- ]& A- g主要特点: N) l. ~8 y" F/ v1 i* U
& O2 v1 p: S$ s1 l+ Y$ t● 待机功耗低于75mW: w5 l! l* @* ~% m# O
● 原边检测拓扑结构，无需光耦和TL431
" \/ n) S$ ]/ o8 c7 D: F8 d● 全电压范围内高精度恒压和恒流输出) x( A, b! f A. ]5 X
● 可编程CC/CV模式控制
& w0 K V! C/ W8 L● 采用多模式控制的效率均衡技术) `8 ~5 M/ ?; {7 g6 A
● 高能效QR控制模式% J% B- t$ o9 o4 a; C" z$ n4 v5 ?
● 内置输出线电压补偿功能
" A, ]" ^" \- e- g! h● 内置初级电感量偏差补偿功能& k6 T g3 o$ K
● 内置全电压功率自适应补偿功能 G: b3 D1 ]- U
● 动态负载响应功能5 z% f3 L1 F' Y4 x* u8 a+ ^
● 内置过温度保护功能# W1 i a) d0 S$ z. n4 w
● 内置输出短路保护功能
( {# k& h9 K; m3 N● 内置前沿消隐6 P' a) e3 w4 d
● 启动电流和工作电流低
( r) B2 z ~' R! Y* Y: }/ K: O● VDD端过压保护和钳位保护( q5 K" l6 A5 ]. ^* B
● 逐周期过流保护# d$ y! S1 X# f1 D6 M
● 内置输出整流二极管短路保护5 A8 p; p: E* t/ w$ `3 a+ C# U( l7 C
● 内置输出过压保护功能7 X; x: |: k' F
● 内置所有PIN脚悬空保护功能# V9 C0 d4 ~$ s7 a% a
● DIP-8L绿色封装
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基本应用
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● 小功率电源适配器# s% e0 b3 w9 H- {
● 蜂窝电话充电器
: [# h& D; l. @/ w- M5 ]● 数码电源充电器% U& q: U! g+ c, ^: `
● 电脑和服务器辅助电源1 ?, v# ?8 G6 }! r& l+ a) \
● 替代线性调整器和RCC/ \2 @3 Y! ~& t z# J6 p
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典型应用
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; T, [9 h* n6 i8 Z" c& q7 p; V引脚分布7 K2 u2 Z) t7 i, p" k
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引脚描述/ Y! g! }' `# K v
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【问题描述】( J9 t) U7 |$ W' f. J: g" A
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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。2 {% Q3 Y' B& q4 [+ S" C
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【解决思路】$ ~ q; C3 y4 t, ?7 w$ X
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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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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。
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# E( a) v' [6 ], G/ Y4、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。3 M* Q1 x2 ^4 W$ E7 e! F
: Q0 `4 C4 F% h5 M5、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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% Y& U2 P" Q3 e6、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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# s6 t4 K- [4 s9 C0 d: @5 C【调通要点】2 ]) z& T% n, J( a& i
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+ ^( l" a) I& t# l+ C2 }% c7 Q; `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。9 e' `% }3 x2 l7 Y8 R
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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%。. t6 r5 e) g, |9 I; [& u2 c
) R4 s5 b. `" Q! U6 @& ?" V
【最终结果】
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# b& d$ X K" Y6 h6 V3 c4 m3 w% u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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发表于 2023-8-8 11:42:21
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