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本帖最后由 思睿达小妹妹 于 2023-8-8 11:43 编辑 ( Q- J+ ~4 P' ?
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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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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。8 o, c" p% E+ Z% f( l
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以下为测试样机图片:$ r+ I: I0 n0 N( i1 H$ ?
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CR6249样机图片 ! Q. f2 c: f3 q5 N; d; W2 K
【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( v& `# K. J* L* g
【规格】12V1.5A
$ J4 m0 Y! t, x4 Z9 R8 j, m* n【控制IC】CR6249
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CR6249:高精度CC/CV原边检测PWM开关0 T* X% Y$ t1 F: L" |! L5 Y
4 J5 k4 t) _2 W# G) P: w. Y产品概述" E; K( z3 M* Y1 a" T
- ?% a( M5 E- q4 f. i0 |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。
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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。
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, V3 U( f! [( k主要特点
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● 待机功耗低于75mW
r) r T$ I9 h# L# V. I● 原边检测拓扑结构,无需光耦和TL431
8 T* B$ v) \) C" Y Z* u& ]● 全电压范围内高精度恒压和恒流输出
7 D& b9 b4 D: ~/ {● 可编程CC/CV模式控制
, {4 ^# Q( D. D● 采用多模式控制的效率均衡技术) P8 c# n4 }( Z! L# b1 ~3 `% }
● 高能效QR控制模式
# H; ^3 p1 N2 z3 Y● 内置输出线电压补偿功能
2 G* Q# S8 b' P" A● 内置初级电感量偏差补偿功能
7 e/ u. f7 R/ x! Z- j7 N+ z4 z● 内置全电压功率自适应补偿功能
6 F( [& m3 |9 ~, o' e0 K7 {● 动态负载响应功能
" s* M. d) J& }2 e● 内置过温度保护功能9 C/ o. i7 ?- |' g
● 内置输出短路保护功能+ Z6 y; m% ] s& Y1 E
● 内置前沿消隐; _5 r+ L" B3 s% z" a) U
● 启动电流和工作电流低
& Y* \8 n. y/ r; J! e9 T: ?● VDD端过压保护和钳位保护0 n' Z4 r: d3 I# y/ {6 p0 a |5 y
● 逐周期过流保护5 {# G2 m4 n5 h) Z$ z
● 内置输出整流二极管短路保护
- O3 m8 ^ R* i) c● 内置输出过压保护功能- _. ]" S8 r% i+ J/ {- t
● 内置所有PIN脚悬空保护功能* g& m8 N& Y1 ?8 ? j2 I' n
● 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* ?6 t& }( b, ^9 k
● 蜂窝电话充电器8 p( O5 C# @4 j) r
● 数码电源充电器8 D6 N- }* X- T1 i" z6 q3 f7 F9 S
● 电脑和服务器辅助电源
/ |. R8 R( U4 e● 替代线性调整器和RCC
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- h, s7 ^) n+ [* ^0 ^1 ]典型应用
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引脚分布
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9 k! A$ V* b1 r$ z5 e5 L引脚描述
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【问题描述】
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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。/ N* X0 J: K1 N. B1 _
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+ [4 j3 r3 `1 @) \* q5 N$ P5 ]【解决思路】+ }4 X% L3 M1 U; _, E0 g
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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。, \. b" i! e' f' `
, c/ R/ [- Q/ \& M2 @9 `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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) J' B+ f1 F4 x% |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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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。% x6 F. u6 ~; F1 U/ b
- \) o! k# X# M* v5 P" w& D* m" 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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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 t$ A4 g# i$ k
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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。3 v' s. W1 P- R6 P$ T( O& G* h: y
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7 k/ `5 G! @+ i% K& ?- C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。
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