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
5 }9 n2 M0 i- i
( M7 N0 H1 K" O2 `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。

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：

$ y: W' e* @& ^8 W( @

7 v: n3 \% E2 T

CR6249样机图片

【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
2 \# Z; O5 \( d' d0 w& T【规格】12V1.5A
【控制IC】CR6249

CR6249：高精度CC/CV原边检测PWM开关

产品概述
' C9 ^+ i4 B6 s( @; [3 {9 U* }3 A$ x
! S% S* G: F9 x! H. fCR6249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。
) C3 b+ r5 T0 [. l
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。

主要特点

* Y4 F6 t( Y0 ^# V/ g7 k+ a● 待机功耗低于75mW
' ~. [  X1 t4 U% i* U0 M3 [- W● 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
6 ]1 x9 l2 ]. m; F) D● 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
' `! K$ m& ?/ N6 F● 内置初级电感量偏差补偿功能
6 n  |2 A. d# y8 |4 t● 内置全电压功率自适应补偿功能
8 Y0 y( u7 b1 G  s● 动态负载响应功能
8 R+ k" t. \3 @8 d; v7 J5 t; b● 内置过温度保护功能
! Y% w5 D6 z' v8 @9 j3 J● 内置输出短路保护功能
● 内置前沿消隐
+ j* Q- E0 ~% ?3 T& Y  V● 启动电流和工作电流低
● VDD端过压保护和钳位保护
● 逐周期过流保护
* x" n, q5 A% ]9 H% e●  内置输出整流二极管短路保护
, F4 w2 U' k6 T* C● 内置输出过压保护功能
● 内置所有PIN脚悬空保护功能
* k; U7 W- D" \6 @9 L$ ]- a% J● DIP-8L绿色封装
; J& n2 y% T( s
8 M3 B) C" c  w1 }) x! ?# [基本应用
, b) u5 D  g1 i6 I
● 小功率电源适配器
# P7 d2 s9 O: ]- W2 m! U( }● 蜂窝电话充电器
● 数码电源充电器
● 电脑和服务器辅助电源
● 替代线性调整器和RCC
# f( R: g( S- F2 [2 J, P' p
典型应用
4 {8 d3 a0 t- T

引脚分布

- o. I" o4 x" C0 O7 b+ ?引脚描述
+ Z0 S, R) }  K4 M& K/ I" i
& @7 k& C. w7 B) Q

【问题描述】
- d% M7 g8 v0 X, i9 Q7 Z
& V, [0 n# r5 H0 [' e; `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。

% q2 `  p' n6 u. w

: H" P$ _) t, N4 ?. l0 V2 z2 R【解决思路】
- C" V  p* k0 I- Z5 h( S1 `
' \& Q/ L' K9 T: `- z7 J$ _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。

* D% e, I; L# b  J+ V" z; x2 R3 X2、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 B( a7 i4 s' @* s1 c3、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。
. |* {1 o1 `" @/ \1 V
" k4 |( R* O/ `. D- ?* 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。
# U2 T; Z+ C4 Z
9 ?: H: N8 N7 x' p' x5、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。
7 ?8 l- M' d$ @8 \! y
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。
! I8 u+ ]% I4 H' r
( P1 M. O4 F/ f* B【调通要点】

$ |5 E6 Z/ Z( O" `' m& N

& k+ c" [7 j* l( b, c- d! 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。

, o1 U: a5 \4 T

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 ?) F9 b' j2 B" ]5 [! L# [* t( S/ @0 Z
【最终结果】
: v' M( J. S# t8 z# O+ 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。

' v+ ]) O( d7 B) V6 g$ j* a  G$ w