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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
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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。: O: \* a5 D% h% {
9 h+ y' E' n5 e3 Q* f: `" h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。
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以下为测试样机图片:
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( q( X/ @3 x' Y" q7 VCR6249样机图片 3 b8 k$ ?9 t) W$ D2 [1 t% j9 ^. c) {( C
【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RCC1 K/ R; m, b( {. r/ i
【规格】12V1.5A
- q! X) @1 y1 y3 x【控制IC】CR6249
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" h" r- V0 r/ }$ K, P; ?. `' R0 ?, ICR6249:高精度CC/CV原边检测PWM开关
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产品概述
" F: L+ U: ~3 N$ Y2 U" v. o3 f) g X7 ]& e' Q9 i
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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6 D/ ^4 i- f8 ?% Y/ l2 CCR6249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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主要特点2 x) m b- I; n/ L4 u y
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● 待机功耗低于75mW& @7 w' [1 |0 `/ Z7 W0 R% ~
● 原边检测拓扑结构,无需光耦和TL431
. e7 R) i" O; ^● 全电压范围内高精度恒压和恒流输出
9 b- c! u) b. t) k) _5 q' P● 可编程CC/CV模式控制
0 a+ g9 W5 O7 {& u- f● 采用多模式控制的效率均衡技术% B- E! p5 c/ {: T
● 高能效QR控制模式
, e$ s, i# R8 P/ h! r. @+ x) U6 s7 V● 内置输出线电压补偿功能
: x/ Z. O' B' _7 @● 内置初级电感量偏差补偿功能
- b- Y0 e! C' |3 n1 v● 内置全电压功率自适应补偿功能
+ a) J8 m6 [' Q/ F: L● 动态负载响应功能- O0 g: A( a7 G/ [2 ^
● 内置过温度保护功能
$ d& b; ]" a( b( ~● 内置输出短路保护功能
* C3 S9 o0 z( b5 P: s5 O● 内置前沿消隐4 d% M+ N0 L7 C. s
● 启动电流和工作电流低. c- }2 ]# n2 e- `4 W# [2 @
● VDD端过压保护和钳位保护% I1 I5 |0 N# [: o0 Q0 {" n$ a7 J
● 逐周期过流保护( `- b5 W p" D: v6 U3 T& N4 d
● 内置输出整流二极管短路保护
1 F5 P% r8 H/ s● 内置输出过压保护功能
. P. |3 ~ I0 e● 内置所有PIN脚悬空保护功能# |5 r6 W% Q4 C* R/ l3 }! i/ D
● 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( n, ]7 p4 c4 O3 X
● 蜂窝电话充电器
- ~5 M' H9 J+ s0 t: P" M● 数码电源充电器
9 M3 U1 r7 i& d. P● 电脑和服务器辅助电源+ j5 T# r& q5 W( q
● 替代线性调整器和RCC+ q" l% m3 a0 i6 x. U" _4 e" d( q! c
" _' a/ c7 s$ F0 G" c+ ^; w典型应用7 p! Z$ L+ v! K7 P
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引脚分布
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% o" o G! i+ ^; x引脚描述 ~. o$ D+ G% x( c
3 a6 L/ Z4 b$ n. Y W- V6 l8 c/ _7 z& B$ y' o6 b/ o% p: ?( k
【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。
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9 @( L' h8 \" H4 ?. y【解决思路】
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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。; D* W3 N% G) U6 X' O+ ]
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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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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。
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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。
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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】
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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。
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9 i- P5 L8 C. y4 Z, e: W: x, f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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. D8 s7 L& E$ c( ? W( N. e+ x【最终结果】# f: ~1 K& o& u n1 u( l* ?! U
4 v# L* \, H7 S9 S, z: g, h9 J: ?! w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。! J: S4 \& ~8 o r
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