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

, J6 S( Z! l, D$ C: |作者：屈工有话说

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。

* l, J5 D+ g1 f  C# T( ]6 z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：
* B' H. M" r9 F0 [1 N8 G: t1 P
' C# D( C. e+ q5 [

CR6249样机图片

% R: T5 ?' l% M【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
【规格】12V1.5A
0 Y+ o6 W, e  \, [【控制IC】CR6249

CR6249：高精度CC/CV原边检测PWM开关

* z) m/ N9 L; M% z2 c# ~' o8 X产品概述

' I5 x" l1 j6 R1 t2 _2 y6 x( ]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。
! D4 M3 Q3 T5 s4 a- l% o, }/ Q
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。
# Q- H2 d/ i9 T: a
主要特点
+ L) d+ a" v. Y9 U6 O
" a& I  J6 p5 @/ b7 z& O8 d7 w● 待机功耗低于75mW
4 v8 p. t5 F. c; c  K& O4 P& r: z● 原边检测拓扑结构，无需光耦和TL431
( `0 B% X/ K2 p) Z/ W& J● 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
/ H% l/ p, I1 Q0 a1 L. P● 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
● 内置过温度保护功能
● 内置输出短路保护功能
  S% l0 g8 _9 t9 c" p# @● 内置前沿消隐
● 启动电流和工作电流低
$ U3 }6 i) p1 p% I# f$ |& x- k: r● VDD端过压保护和钳位保护
● 逐周期过流保护
6 v# [( z# Q1 Q* N●  内置输出整流二极管短路保护
, ~; S% h! }; J● 内置输出过压保护功能
4 s% F) U5 L6 X● 内置所有PIN脚悬空保护功能
● DIP-8L绿色封装
/ T; m+ w0 p  e7 H9 `5 H9 u/ R
. ?! u, c$ b% T3 o0 U% n基本应用

9 |% I7 T" T' `7 e$ N4 J● 小功率电源适配器
& p$ U8 B# {, g% [/ M/ ^● 蜂窝电话充电器
. S/ s, H; l, B7 F6 v3 l& _% i$ E( N● 数码电源充电器
/ g( a' u. i' b' x' C+ [& a, u● 电脑和服务器辅助电源
● 替代线性调整器和RCC

典型应用
4 ], |- z3 m) b

引脚分布

引脚描述

3 e# @/ R8 c" X, `* {【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。
  o1 ^: O. F  L9 t2 j9 Z2 e

7 p4 g4 n& A- T% h& y9 C5 P【解决思路】
3 R3 E0 k0 C+ M" ^
; h9 p  W" ^, ~( Z: W, i1、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。
$ N) I+ l2 `" h  e6 \: W
2 x: u* @& j( a# x7 H: T9 [2 o! \& h2、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。

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。
$ D- }1 w* F, j6 k& D. n
" L4 s& _; W) k8 t# ^  |% l" B4、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。
: u$ ?  S% \* _' M
5、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。
2 H7 [  V! I8 X$ W) J# s
【调通要点】
: Y0 x2 Q% c  @) w# J  A4 O; z

+ _, F+ y4 G0 O, F4 b+ i7 f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。
7 |. ?& k% p+ Z
- f- r* x' L- i

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%。
- P# p4 t5 g4 J- ?, B: G5 v$ o6 p
5 i* z  |$ o. P. _, R【最终结果】

3 s5 L* N* [% d& H8 \) X' t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。
( k' q# G# v  q! s# ~' s

( p# z# A( B" }, b