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

( H, o* @" Q. S) I) ^
; V7 {+ A( N8 W  p0 f" j作者：屈工有话说
. i- \: X; g1 T& o- X
; F6 ^% F! F6 r( @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。

- F5 J- r# p' O" c9 g' I& c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。
3 I! i8 R( ]2 c) n- Y, Z6 i
以下为测试样机图片：

  ?6 |6 K7 @2 N: X

9 [* R" \, V# S& J  @

CR6249样机图片

9 \" E0 j6 `& C  w& ?" ^( s- g【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
: l/ N# p8 W% `# |0 V- Z. Q& Y" [
CR6249：高精度CC/CV原边检测PWM开关
4 H% ^: }0 K) d) T. R
* @5 y! k* @, `1 P9 t" }产品概述

( m, s+ N  \: t5 z+ r: l; ~5 NCR6249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。

. N3 o/ \1 q- z6 a- k, ~8 d/ 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。
: a; i: G3 u  l7 X! R# c
主要特点
' K/ S9 p6 W4 j) a. ^  L
. K6 M4 Z) y9 u+ E" U: ~8 K● 待机功耗低于75mW
: X( {3 ~( ]$ o● 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
● 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
& m' l$ x0 M  z# p● 内置初级电感量偏差补偿功能
7 p& x8 f) p# F7 R. H$ N' q0 K● 内置全电压功率自适应补偿功能
/ o. {- G2 ]8 P" b6 ?7 Q● 动态负载响应功能
● 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
● 启动电流和工作电流低
● VDD端过压保护和钳位保护
; o, a; r0 {+ H1 f* f● 逐周期过流保护
●  内置输出整流二极管短路保护
● 内置输出过压保护功能
● 内置所有PIN脚悬空保护功能
9 O/ `  Q3 ?  V, M+ d; F: l● DIP-8L绿色封装
; t6 A0 d" b  F& s
基本应用
' {2 s9 j& O; |6 {3 t/ n
● 小功率电源适配器
● 蜂窝电话充电器
$ H: @+ ~, B" s0 l● 数码电源充电器
( d# P4 F" q$ \& S8 A3 f+ |● 电脑和服务器辅助电源
● 替代线性调整器和RCC

4 K; g8 X; i/ i2 B典型应用
7 K  D, P$ y( l0 F: f

引脚分布

' n- F+ [1 Q  E  X0 ^* b引脚描述

【问题描述】
  a- W9 d6 j, j+ y" W" b2 }
/ p0 c  ]  L* W- }! E9 p8 M+ {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。
& {( b+ d' y! M. o
$ F& v9 O- ]( c+ v

【解决思路】

% Y7 x$ ~# e: C* z+ X# i% E1、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。

+ `+ C3 |2 K3 i1 T5 K2 C$ R2、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。
2 k) t0 B" @$ `+ i! P
# g  h) X; J: F4 W6 F0 P1 }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。
  I/ \5 N$ d  N& m
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。
: _% o0 e1 w8 O& j" \& l5 o2 x
9 I8 J4 r# c6 b5、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。
; w* d5 _5 \9 N: \4 ]# {8 [$ g0 R
% P# t3 v- D/ I% T# y* j, s! U6 P6、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。
; p) }5 I4 r2 F# D* W
" Z7 r! r1 t) s4 o. x4 ~' z【调通要点】

4 h3 W% _- Q3 L  R- T, N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。

1 W' `2 U" P5 ^% n' ]

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%。

【最终结果】
1 l) j" s6 P& M+ q, Z
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。

6 u7 V! x, T0 V  O0 B5 O! n

4 y1 e( P  o' @