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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6 v# o; @  @& B& E: o' C' y作者：屈工有话说

1 d6 v* p( S3 A/ J: _" L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。
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. H* a8 }: x; i! q, q6 W$ I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。

: |. U2 r* ]" b以下为测试样机图片：

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CR6249样机图片

1 W. x2 ~& ?3 a- o% k7 v, A【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
【控制IC】CR6249
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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。

6 V" y0 a* f: s8 M3 S% @主要特点
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$ I+ ?6 m; S/ v2 o  F( H● 待机功耗低于75mW
1 [0 k$ o$ N) e# V● 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
1 s; y6 W6 S  i2 ]1 @5 E● 采用多模式控制的效率均衡技术
● 高能效QR控制模式
● 内置输出线电压补偿功能
● 内置初级电感量偏差补偿功能
1 W2 \* d/ M) p& }: b% g& J" N% ~3 }● 内置全电压功率自适应补偿功能
● 动态负载响应功能
+ N( }( P6 H, F2 p7 w2 F● 内置过温度保护功能
● 内置输出短路保护功能
● 内置前沿消隐
9 b4 m8 z5 F9 ?7 f) l# A. g  X1 ?4 j* x● 启动电流和工作电流低
' ~' Q1 R( {& s. z& F0 H: h● VDD端过压保护和钳位保护
  e* o' B# [& g, O$ W& R5 A● 逐周期过流保护
●  内置输出整流二极管短路保护
; l* E, P4 w; w● 内置输出过压保护功能
- Q3 e3 e* E& B9 R0 I0 `● 内置所有PIN脚悬空保护功能
● DIP-8L绿色封装

6 s! D5 {1 R% ~$ M7 w; N# m" w基本应用
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& [& O1 Q! T' Y# p7 L: r* B+ ]● 小功率电源适配器
● 蜂窝电话充电器
% \' d  S0 C+ O5 t, Q$ o1 s6 W+ d/ f● 数码电源充电器
# |( f& ?" k3 X2 j4 T) r" J* I● 电脑和服务器辅助电源
& m% Z7 _: W) X2 w7 {8 I$ T" [● 替代线性调整器和RCC
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2 w3 k5 J+ F  {典型应用

引脚分布
# K- q4 _7 ?& c( _3 w! m

引脚描述

3 W5 o2 F5 {# G) n& r

7 m- e4 q. g, |, B# t5 N【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。

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。

% h  O1 a# L( x& s1 h9 L2 ]0 {, ~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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0 Z! K$ j. F6 q6 M7 X- [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。

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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# T6 w: X; B& I2 N' I【调通要点】
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+ z% z; z$ w& d- e6 @- ^) w# T  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。
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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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【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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