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本帖最后由 思睿达小妹妹 于 2023-8-8 11:43 编辑 ) l2 Z7 [5 s: k+ p) F
8 M: o, s6 b1 z3 X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。& m3 d, T. E- v, N/ Z$ Y Q; Q6 ^! `
( k0 J0 F2 z$ Z7 Y; h/ |7 T- z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。- ?( O! ]: b7 O" |
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以下为测试样机图片:1 o! f+ v! C' r2 H
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CR6249样机图片 ' b6 g2 B" ^ P- P1 [4 Z9 z2 j$ 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
. k& y. ?( ]# q* ]# o+ d& w【规格】12V1.5A
; e; S8 U8 w0 y/ j【控制IC】CR6249$ M i* ]: E- c3 H
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CR6249:高精度CC/CV原边检测PWM开关% i* A& W- K: R+ a" ^, z) k1 G+ ~
6 ~. _8 K3 Z: A2 [1 G产品概述
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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。# i& S4 `- M- @
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主要特点' ]+ X# j) @ s0 j- ^/ w6 _+ V7 M
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● 待机功耗低于75mW
; g" U r. K7 I7 U- R● 原边检测拓扑结构,无需光耦和TL431+ _* h' O/ O( \7 a: L3 U
● 全电压范围内高精度恒压和恒流输出
) i1 Q; I$ p& |! N1 U; I7 u8 }/ u9 ]● 可编程CC/CV模式控制
6 b. O9 Z2 O: p K. m0 X' R3 C● 采用多模式控制的效率均衡技术/ N& c! G* K, M
● 高能效QR控制模式
* H% E: C) C7 R9 B● 内置输出线电压补偿功能
: P/ w# s6 V- ~ h: j● 内置初级电感量偏差补偿功能+ Y0 G/ Y' D. r T2 l- H
● 内置全电压功率自适应补偿功能/ S* l1 J+ \' N- v+ A
● 动态负载响应功能
$ H: I$ U# S% G0 P● 内置过温度保护功能
& J. ]% D" W* x● 内置输出短路保护功能
* @' r. X/ r( E/ A● 内置前沿消隐- S9 i' o- Q( b" V
● 启动电流和工作电流低
; `; Q3 y8 m* j! x● VDD端过压保护和钳位保护
+ }6 Q$ {* @$ {" {3 y● 逐周期过流保护
/ u$ u. ^# ^ i. X● 内置输出整流二极管短路保护
- f1 p k+ F, H4 {● 内置输出过压保护功能
. D) f. z |- R+ O● 内置所有PIN脚悬空保护功能
! M! S# @0 b d● DIP-8L绿色封装
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6 u0 o1 S! K- v" U0 F) [ {基本应用# Q8 V0 C4 ^' Q" Y; } L
% o6 r! L+ _# J1 A: r● 小功率电源适配器0 Q$ |4 Y, x* j+ w W
● 蜂窝电话充电器5 k, M$ H$ t0 T$ ~: ?
● 数码电源充电器0 r9 F3 N, @) K# M$ }" ?+ H- f: R. _
● 电脑和服务器辅助电源
+ o4 q: n+ M h/ |+ b$ {& k● 替代线性调整器和RCC
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7 C+ m9 v# [) {5 e典型应用/ l7 R }, Y& r. _* k
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引脚分布
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$ F0 ~8 O7 Q( z/ h% W2 a& L2 @引脚描述
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( A# w5 B" ?( G* h【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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【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。7 O( O' q( ] h# Q( w0 I% i
- y' F$ U/ k$ ~( t f) X2、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。. O9 @& \; {# I) }' T1 \4 b+ h
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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。! X* V% n6 s( K# C( Q1 Y
) Q; @+ e6 Z1 M0 @! P4 g4、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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8 ]- n3 l( Q, t# R7 E6 L3 p( T5 U5、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。! j1 Z0 p: H& V6 t; c' ^/ W
5 d$ g8 ?5 I7 m5 {' D【调通要点】& j4 P% g! w5 z* ~
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5 S0 m( l$ }9 v5 q+ s7 m3 h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%。
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" K) N) l2 L4 R8 z3 y7 R7 }$ {【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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