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

! x6 Y) h  b! R1 ^作者：屈工有话说
# o/ `% C- N) [* ?
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, ?/ ~4 O5 O: O, J
; T4 X8 q; w; V- E$ T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。
* b1 I/ X* r+ \5 ?+ a8 r# @
以下为测试样机图片：
# L2 S9 P; @% V- w" t' D1 v+ r

# Z, ^) H4 V7 o# A0 |; L# S. @

CR6249样机图片

9 A/ w/ t+ S- Z6 f) T【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

CR6249：高精度CC/CV原边检测PWM开关

产品概述
, q# u8 k0 m) {) s8 r) X
* j% n  ?% a4 ]* w. _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。
; ~9 m* a" q0 H& a2 z3 {" W
0 X# R8 z4 l9 h" a& g0 ICR6249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。
' F) ^" k& e% G0 ]4 Y$ D! K1 d
主要特点

% {4 K4 m5 J: V# ?2 I( f● 待机功耗低于75mW
● 原边检测拓扑结构，无需光耦和TL431
2 e; u3 G) g7 V7 B) X● 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
2 Z& U, z7 o) @* p7 V% ?" p) v9 f● 高能效QR控制模式
# b* j6 m5 W  T9 P& m● 内置输出线电压补偿功能
) o7 r6 f" F# K- L4 @6 V● 内置初级电感量偏差补偿功能
3 D4 e/ [6 f1 I/ l- V● 内置全电压功率自适应补偿功能
● 动态负载响应功能
  _; |8 f% ^* s/ L3 Y● 内置过温度保护功能
! I0 L4 ^  N4 N5 |1 o● 内置输出短路保护功能
● 内置前沿消隐
$ V; \0 }2 Z* t% Q- v3 v$ u$ e  Y● 启动电流和工作电流低
" `: i3 [+ |2 V8 U● VDD端过压保护和钳位保护
● 逐周期过流保护
: _/ D1 V; i, f, w& ~% s●  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
# _* N& w, ~6 r3 @2 p8 }0 P1 N& F● DIP-8L绿色封装
( ^/ P# S8 I5 j# w( A
8 e& Y3 P, m, W0 c* d; M( k基本应用

● 小功率电源适配器
● 蜂窝电话充电器
! M% Z7 a7 ~# A1 [1 c; C● 数码电源充电器
● 电脑和服务器辅助电源
, ~! p6 t. r$ u. p' j& E● 替代线性调整器和RCC

- n# F; X6 a% _: x典型应用
6 H2 P, O: ^( ]9 ]3 y! u
/ x" ~' S! y9 s7 ^& l) O

引脚分布

6 s. i3 M6 f' S1 A8 V+ N3 Y引脚描述
, `! B. w, X) S
; b  A1 B# U8 j9 y/ m* c

5 R9 W1 ]/ s2 V  R) d【问题描述】

, }. a. {% }* O3 ?2 ?: ]$ a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。
' ~' Y; l6 g( d& A! X, T8 ?3 B1 L2 @
3 p# p( W4 U# Q) [3 X' m

【解决思路】

7 _+ {) P5 [8 z, j# ]. p! H" {) N5 Y1、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。

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。

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。

2 d7 U0 S. s2 V0 M: \; ^9 t9 P5、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。
+ h% k# Z9 X3 z# {
( z" Q5 \0 q# ^+ w, N【调通要点】

; Q* W) |( a/ y' s' @, 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。

9 H/ F  {- y1 M4 Y+ x- u* |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】
2 T7 `# K% q) J! q1 u4 ~# e5 J
% q  h# b8 T) X( L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。
& u. Y$ c& y, |* x! z$ v; Q
8 T6 `3 Z& o8 w# s7 D