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

/ [% q  g. q& F* a( x5 }作者：屈工有话说

" z/ v4 m9 ~9 e4 t) X& J: i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

6 X8 s) k: [9 u% C1 z7 F【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
- @0 T! q# G' R2 ^: p0 w【规格】12V1.5A
【控制IC】CR6249
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CR6249：高精度CC/CV原边检测PWM开关

5 D7 [2 S, }8 {( e产品概述
8 J# ]6 N! U- T( p5 H. ~" B
7 s. ]8 y' k' U# G) W4 UCR6249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。
: w8 r. }5 \, \
" n0 l$ l. v5 P+ ]9 |主要特点
, `3 \2 g+ z/ g0 d% `
6 ?6 a" j9 o/ D. k$ w! B● 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
. C3 }  [  ], Z0 p3 M● 可编程CC/CV模式控制
8 U0 |5 ~% @7 j6 K7 }: `● 采用多模式控制的效率均衡技术
5 i1 l& G# R! r● 高能效QR控制模式
8 q0 ]+ ~8 N8 h/ k● 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
6 P- y! R- f+ x' V; e● 动态负载响应功能
  m3 H' _# t. z6 ^% t● 内置过温度保护功能
' B8 ~0 W& k* X  e# L: i● 内置输出短路保护功能
" y2 O" v8 e' Q& G( L- d7 m● 内置前沿消隐
: \9 o* ~) `$ _+ U● 启动电流和工作电流低
; g' T, H( t& P4 f● 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
! w# b) N# s( a● 内置输出过压保护功能
● 内置所有PIN脚悬空保护功能
● DIP-8L绿色封装

. l3 P3 [7 R4 @) T/ x: W" v& ~% O基本应用
+ m7 c  [4 m  Q* p; O
' f  Y0 o  j. D5 z* `7 O- r. ^● 小功率电源适配器
● 蜂窝电话充电器
0 U" M: I* W) b+ e" j● 数码电源充电器
' v! e, U# }1 j* ~) V  ~● 电脑和服务器辅助电源
) N9 q% |# `+ D/ E● 替代线性调整器和RCC

% x, Z+ W# Q/ D4 h- d+ z典型应用

引脚分布
. z7 F8 w  F8 C, p7 ]

3 t! q# G2 v" g( T7 r/ l2 Z0 Q- ^, u引脚描述

【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。

0 `9 ~' q. k6 x

【解决思路】

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。

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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% a$ V: y9 m, \! k4、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 S4 j, q/ Q* y, v( }; s, _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】

8 g- C, g5 z$ X: l2 `4 \0 i$ P, b7 p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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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%。

( o( I9 F: o$ [5 Y0 l0 \9 i【最终结果】
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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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