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

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0 N$ ^0 D$ t1 A8 `, }1 G& H作者：屈工有话说
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& J& T+ U. E; a; F2 q6 P( q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：
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CR6249样机图片

" {& r( V- u' f1 b" Y【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
$ F$ y/ O# z! m" G【控制IC】CR6249

; P$ j7 @' H0 Y6 ~2 A2 mCR6249：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。
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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。

8 A( H3 K$ ~8 X3 {! S5 V主要特点
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● 待机功耗低于75mW
● 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
● 可编程CC/CV模式控制
3 S% l- p! K+ ^# l- g● 采用多模式控制的效率均衡技术
8 i' {$ y( r0 H) c8 y' U0 E● 高能效QR控制模式
  H- o# k2 [$ v5 o● 内置输出线电压补偿功能
3 N) Y8 G4 S! @) t: K( c# l● 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
) Y" C4 m2 P; P5 J3 ~! ]● 动态负载响应功能
/ e& }1 u+ o2 O8 Y! A2 y● 内置过温度保护功能
● 内置输出短路保护功能
$ `- Q9 J2 Z# E* g3 I! M● 内置前沿消隐
' ]% I& l% ]) D) m" `$ [● 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
1 |# X: X4 V) e. T  @8 W5 K, C●  内置输出整流二极管短路保护
● 内置输出过压保护功能
● 内置所有PIN脚悬空保护功能
: w% u& u' D2 T4 r+ ~3 G7 e● DIP-8L绿色封装
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; T$ x3 w  y" B' n0 Z) @基本应用

● 小功率电源适配器
. R+ j* ^& Y! m$ e* x● 蜂窝电话充电器
: g' h# _" n; i2 H0 K● 数码电源充电器
5 l$ H6 W3 v5 E+ q' _( ^● 电脑和服务器辅助电源
● 替代线性调整器和RCC

& ?/ A; O  @) q典型应用

引脚分布
" I. r) X" M" S7 r# E$ @

引脚描述
" H7 j4 x, L5 D) E. ?7 C8 e, n
$ Z! N" C/ W. d$ Y; t- ~; p) B

3 x! x4 l9 |) ]/ E3 z- W& }【问题描述】

. Z- ?' d1 w. ?9 m, e: ]' Y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。

【解决思路】
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! Q" @4 |0 l  ^5 @: F2 l5 L3 |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。

( G, A  u7 s* `  t& Z$ K2、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。

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。

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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$ K- p: K9 R$ D1 [7 b" Z7 l6、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。

【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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2 t4 [' b8 d. J! H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%。

4 |6 J# w% m( x【最终结果】
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+ B/ L8 b, \+ i; W& 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。
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