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

作者：屈工有话说
( K+ y& ~6 _% p1 X5 A" I- V/ {
; T6 c  o4 v; `! C( w9 x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。
- y  P0 F2 j( K: E* g
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。

以下为测试样机图片：
, S' ~6 _% v0 H( w8 @5 o* O3 k
" g( D& N) R2 S

' N; ~% y: K1 o: I# {* b: G9 S8 Z

CR6249样机图片

【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
' x0 J% |# j' }【规格】12V1.5A
【控制IC】CR6249
8 i/ k% [( p  X
3 r$ t/ Z9 b$ Z/ Y- r2 B( aCR6249：高精度CC/CV原边检测PWM开关

产品概述
7 g( s( b  m7 M. _% `
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。
* y; N& u" p/ @4 Z; o2 ]
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。

9 Y% j7 I  v6 D, }! o* r' H主要特点

8 n( J8 Q4 t, M9 a# q% M. Q3 F" m● 待机功耗低于75mW
' J& a3 c1 T6 M● 原边检测拓扑结构，无需光耦和TL431
7 X% `7 ^. b) b  J3 u1 C● 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
" f$ Y1 g: a0 j; M5 M. M; w● 采用多模式控制的效率均衡技术
● 高能效QR控制模式
! }) f7 p, o& G& S● 内置输出线电压补偿功能
8 n6 W0 ]) m+ Z: a% z0 ^● 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
+ B/ l" }/ f$ K; B+ `4 x6 t  B● 动态负载响应功能
- s, j2 T/ R6 a8 r; g# ]% l" L● 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
( Q8 Y+ c# [) f! I# Z& C● 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
9 z# U" j$ K  @& V; _●  内置输出整流二极管短路保护
+ k& _8 F! R0 J' ?7 N- ~9 V● 内置输出过压保护功能
5 L5 _& |* V, i) d' k- }- Q● 内置所有PIN脚悬空保护功能
- u. F) a' p) D! d4 v) t3 u8 C● DIP-8L绿色封装
6 _+ m3 _# X" I4 ^7 _. N0 q
基本应用

● 小功率电源适配器
● 蜂窝电话充电器
● 数码电源充电器
2 E, D. e6 K6 _● 电脑和服务器辅助电源
3 @7 F# d6 q+ I  H( ]3 B● 替代线性调整器和RCC

典型应用
  x3 |' H8 [3 ]7 N+ j0 d/ M
+ h/ u7 x! s' {+ l/ N

引脚分布
0 X9 |- U- c" l$ Q6 r

6 f+ w0 k# V. r引脚描述
  P4 d, Y$ z. h4 I

【问题描述】
0 T' h% r1 g8 }) q' y! n
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 Y! p! i: S9 R7 x0 r
- u% k5 N8 p- P3 v& h

【解决思路】
2 @0 a2 W; Y! C! D* n9 m
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。
1 p" e6 e1 o) D" A% x  T# t
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。
- i  p# j8 u' z8 ~# H* N
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。
. L0 u# c' |$ r2 Z6 q
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。

【调通要点】

: L# C7 p* o9 ], |1 O  a

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。
% L9 _/ t/ X9 G% p1 B4 d
% @  i7 m) o% P5 j

* A. `8 [( U. q  K4 y9 d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%。
) j4 ?7 w$ d  [
& T& ~  P& E- |8 E* x0 w4 S【最终结果】

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。

  G, S' }2 {2 s# J& U