中国安防论坛

 找回密码
 注册
查看: 10465|回复: 0

提高电源适配器效率,满足六级能效的几个小秘诀 (附案例)

[复制链接]

安防偶像

Rank: 7Rank: 7Rank: 7

积分
1715
发表于 2023-8-8 11:42:21 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 思睿达小妹妹 于 2023-8-8 11:43 编辑
& W5 e6 q0 f' i$ t! Z* q+ \+ i' b: W8 F. C/ l2 y' W* k% Z1 W! i
作者:屈工有话说
6 S7 ]3 j) I3 G- [) \8 o+ @* [- Z/ h3 J
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。3 g) K# w+ G& c8 t' g
6 q# b; P4 U  H3 r, @
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。
$ k$ U( J0 I+ O; r, m5 L: t; l' C* c  O0 d! i5 n; P3 c* L3 E8 P; f
以下为测试样机图片:+ v8 C8 j+ ~6 W$ [
! I  D8 {- o' X, E2 [' C& z% f
% d: e& _. w" u/ i  t, `
CR6249样机图片

7 B3 j) T! G. s【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
! ^2 Y. w0 u  S3 D3 z【规格】12V1.5A
/ k8 R0 t( M+ J( N# ?, G: `  w【控制IC】CR6249; D3 d: y- E. C$ B3 c
9 e1 Y2 N8 O* O7 y1 O; w# P
CR6249:高精度CC/CV原边检测PWM开关* A1 V* k0 S: Y: J" X

3 D0 D" }5 N/ d/ ^/ X, s产品概述

- s& I# f; J, O1 }7 ?
0 L2 K  g) Q0 r, s6 h9 `2 |, VCR6249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。
$ i1 o! C& j0 |1 B5 p+ G
5 ^% a5 m' E( k! l. r: A9 jCR6249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。6 p% c* l& ^8 ]; e9 k  g# E

/ w/ h4 l* ?( T- z  m6 ^' C主要特点+ J+ X" O' X+ I: e+ y! l, W

4 c. _! ?6 I7 X9 O● 待机功耗低于75mW6 I2 |+ h4 H) i
● 原边检测拓扑结构,无需光耦和TL431
  ?! X# S1 x. e! n$ }/ a- l● 全电压范围内高精度恒压和恒流输出
( @' p# C" t  A; r+ v! Z! V● 可编程CC/CV模式控制( n& z% @1 Q5 E+ n$ }# k
● 采用多模式控制的效率均衡技术% ]; t% k, h1 w  ?: V2 ~0 `
● 高能效QR控制模式
3 @. ~' ~! Z7 K/ I● 内置输出线电压补偿功能
& f5 }: P5 I7 K) g: D● 内置初级电感量偏差补偿功能
. |3 y3 g! I; F" g● 内置全电压功率自适应补偿功能
, ^8 ^- G! n  g# I& W0 A0 H+ r+ O, E● 动态负载响应功能
2 K' t  X- n3 p7 J  i. f" G● 内置过温度保护功能
# r  V. M. J' `6 D● 内置输出短路保护功能, \# ?; _3 o" }+ ^+ r" d
● 内置前沿消隐
% Y$ Q, _' g+ [! c● 启动电流和工作电流低
2 g; u* N) K* q) Q" g& Y● VDD端过压保护和钳位保护
% b# b! C% v& S/ x) L3 I● 逐周期过流保护6 t* x3 ?& y3 H+ n1 O: f
●  内置输出整流二极管短路保护& ~) c9 q" x' r5 e
● 内置输出过压保护功能
5 z8 y2 q3 l' N' x3 R● 内置所有PIN脚悬空保护功能- V: Y4 ?$ i) x. ]" w
● DIP-8L绿色封装
) u6 \: e* J4 X( D& R' j( V. X' _0 f8 B  H
基本应用9 d* c2 k' F* m: W0 Q

* O' M) d6 {2 d+ s* H& P% \8 A( G● 小功率电源适配器" W. Q; C1 J+ n. O6 P
● 蜂窝电话充电器3 A6 f$ }7 f/ f! |" [
● 数码电源充电器: X( M4 l2 [8 q# _3 K4 I: x
● 电脑和服务器辅助电源
0 F/ |& I$ A- r, e& S4 |, c) m6 R● 替代线性调整器和RCC' a9 N7 d6 H5 n7 Z6 ~6 u3 h

$ d. b' p/ M2 T' z3 t. K6 h0 ]- X: k典型应用
$ A" T3 }1 A5 _4 L( F6 j
; [2 r0 c6 H. r
引脚分布0 |7 b! Y+ d, e  e
, T) k! v3 h+ L& C# F! t$ X
引脚描述9 ~* l5 a- q4 G. B. R" [( K8 L

; C1 _3 r! h; o4 {+ \; a

3 K1 o9 }6 W& x* O& x- e( ~' l【问题描述】
0 x, {$ [9 p4 v; Q3 i2 \! k! B  F; D8 H
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。7 l% w+ J3 ^- z2 |# F* u

& n- `7 @! k8 ?) x" @
0 d7 Q: R6 ?5 x; k0 S6 ]) J
【解决思路】
% Q% L) O* k, f- G. e0 h
& |  M9 S$ S( ^: R. m* t1、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。/ a4 g, a5 E0 N) D- G( W) r" k+ }
5 J7 S  A. H( f, I3 l& |7 n
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。4 s% [1 N! b, u) P# p7 f
9 e+ d7 A4 l* g4 w- j
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。* [  B4 E" k$ e' G0 E, O) {. f
' d9 y: P- C! H# p9 \
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。6 R/ f9 ?3 P( z3 s

* A; E0 @0 Y3 `3 E& F5、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。
: T) N6 d! i7 M' G' M
6 X3 k. B. B+ q; k5 M9 |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。
. z- u6 d4 i/ M) C) X9 c; t3 k& n. ~2 F9 a2 ^" W) o
【调通要点】
2 x0 y4 H  x% \" b

$ W. b1 s% T/ O! `8 p

! |" \7 G1 [* ?. E! I- u3 @* u6 x- O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。
% a+ N; o4 C9 k1 U8 m* P: Q/ e3 x" r# C5 V2 D
5 y% \3 ?) U  F: C+ X% r
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%。
( j9 }# a3 c5 q, a" r9 m
" k! K' x7 T, D! ]! ~; k$ Q【最终结果】7 w! L# B3 W1 F1 a

% u  Y' J- i# i: Y" T5 U- h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。% r- C+ l4 ~! A) |9 D
- V* f% V% v6 t, ]& c

$ [( @/ U' _  Z

本帖子中包含更多资源

您需要 登录 才可以下载或查看,没有帐号?注册

x
思睿达联系人:何工 18923426660,欢迎来电咨询,申请样品。
您需要登录后才可以回帖 登录 | 注册

本版积分规则

安豆网|Archiver|手机版|中国安防论坛 ( 粤ICP备09063021号 )

GMT+8, 2026-3-14 21:43 , Processed in 0.074195 second(s), 23 queries .

Powered by Discuz! X3.4 Licensed

© 2001-2017 Comsenz Inc.

快速回复 返回顶部 返回列表