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

1 z4 f2 A) C6 W$ 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。

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：

CR6249样机图片

" I5 ]7 I& G  z【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
/ R. {" u( T" g! \( ^& n【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

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。

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。

( f' d6 [2 {8 `6 m% R主要特点
  D; c& [, o+ ^$ ~4 S# F& m
● 待机功耗低于75mW
$ f6 f; j5 b- {● 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
/ d& Q3 W8 y1 b2 o# u● 可编程CC/CV模式控制
$ i8 i1 S, H/ G- z7 o8 X' H' b" o● 采用多模式控制的效率均衡技术
) p& b8 k: G& P2 H● 高能效QR控制模式
● 内置输出线电压补偿功能
* u3 [3 W% ~0 W9 D● 内置初级电感量偏差补偿功能
; `& L' a) j( J● 内置全电压功率自适应补偿功能
: g4 H  r. A% Z8 h; C8 n1 k● 动态负载响应功能
, s8 e. I2 [% v● 内置过温度保护功能
" T% M, u9 \! r● 内置输出短路保护功能
● 内置前沿消隐
● 启动电流和工作电流低
# H: T/ z) }4 I# l: ?● VDD端过压保护和钳位保护
● 逐周期过流保护
●  内置输出整流二极管短路保护
1 N- E2 P+ |1 V4 C" Y* n  ~; q● 内置输出过压保护功能
+ s6 t% {6 z2 m8 v  O+ j5 k3 c● 内置所有PIN脚悬空保护功能
9 R7 A( q8 o; ^6 P5 h% r● DIP-8L绿色封装
& r$ m9 n7 i1 H4 l* s
3 a5 _- ?% k/ J8 G基本应用

● 小功率电源适配器
8 v, T# p1 `' n3 C9 q● 蜂窝电话充电器
● 数码电源充电器
● 电脑和服务器辅助电源
. y4 w" h0 t1 o  c6 m4 u● 替代线性调整器和RCC

( U- G  t' [8 B2 x典型应用

引脚分布
! C$ L- D* o6 k' l" R! y

, n3 @* z  X& X8 _" O- j. f引脚描述
9 n6 B- S8 g- y+ H

4 p) U! T5 O1 K, Z2 h5 y【问题描述】

- A* N1 E5 ?2 }7 S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。

3 a% H% e; N, |: X( D* c2 h2 |【解决思路】
" }  R. V9 K9 b5 i, p( `
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。

" V* y. H: |3 l' X  n2 T( W2、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。

1 _" R5 b7 S& C; i9 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。
/ {9 r/ g* z  V( i$ X/ H. Z6 {' _0 q( A% b
3 g$ p6 Z" h; d  ?& }5 I5、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。

. u8 I  m8 f$ i! R$ }% B6、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。
" i. l' B  D' D9 f
0 y' C9 }9 B) I1 Z6 c【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。

1 e0 F/ o7 V# F, P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%。

【最终结果】
! p) b. r0 q4 i+ Z! r( F
; k; X; r/ H+ I9 {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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