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本帖最后由 思睿达小妹妹 于 2023-8-8 11:43 编辑
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8 z% g. r( H* L" M* k2 n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。- M* E) s; ^: E7 L
% s& l# ^: E2 a/ Y0 ]$ X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。
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! a- |2 s8 ~+ z( p: `以下为测试样机图片：0 [9 `+ K% I) A9 W/ J! p
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CR6249样机图片 + E3 ~& }( }: v5 q
【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
3 h6 z, b" s# f$ B V* c0 m【规格】12V1.5A0 |* |$ b) f' O
【控制IC】CR6249( c) z4 N9 ~% s) {
& _5 [' e5 l; c) ]. gCR6249：高精度CC/CV原边检测PWM开关+ s) [) T/ `) n, \
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产品概述! i; B/ U7 M, n3 R, A& t
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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。, N- z, c) U! Z" c' S
+ u: G& G" J8 [3 ]4 ?主要特点3 R7 A* _7 w, Y
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● 待机功耗低于75mW
" k0 r- [. }4 X- r5 l" ?& ^, _● 原边检测拓扑结构，无需光耦和TL431
+ v" I7 P Z0 t% R" K$ J● 全电压范围内高精度恒压和恒流输出% `! J+ }; {- k% b5 ?! L* E
● 可编程CC/CV模式控制6 @0 D, G# r" J7 {! @
● 采用多模式控制的效率均衡技术
9 p# ^% G; |' W. o. R# [7 t8 y● 高能效QR控制模式
+ \% d8 ]' U0 p' H A# A● 内置输出线电压补偿功能. m& t# v, W; x) C( s1 T
● 内置初级电感量偏差补偿功能
! l" m; m# ?- u4 D1 U1 s● 内置全电压功率自适应补偿功能8 a* x' Z4 t. q7 O/ d3 C
● 动态负载响应功能" \$ F6 g& o& r2 R/ J
● 内置过温度保护功能
4 }# I; O$ _' P+ e+ [/ W% @7 C4 Y● 内置输出短路保护功能
+ a" H' a, D: A+ \/ q2 R4 b● 内置前沿消隐3 i' _* Q4 ~* ]3 b" O; @
● 启动电流和工作电流低
/ U) p5 B( o e9 j% l● VDD端过压保护和钳位保护
9 A2 w% {. d9 N( M● 逐周期过流保护( Z, z0 `+ x7 a) Y
● 内置输出整流二极管短路保护
[6 u: A, Y& F● 内置输出过压保护功能' F" L3 K4 k/ K! G: x L/ x0 r5 i
● 内置所有PIN脚悬空保护功能
) o7 B9 C: Q! X( r7 ~● DIP-8L绿色封装. l0 |/ r- B" n' U2 p
0 Z, N/ [. d. p, Y# h4 j. D" z3 X基本应用' {& O/ R5 @, L n' }5 m: u
6 k# E2 n. |& V* y3 v0 ^● 小功率电源适配器
8 W5 s; j4 w( r% ]● 蜂窝电话充电器5 n3 D7 I- o9 p
● 数码电源充电器, B9 O3 s, j" M: ]1 W' I3 b
● 电脑和服务器辅助电源- V: ^3 |" ]4 L: {
● 替代线性调整器和RCC7 @. ^, o* G) Y( m, F s* p
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典型应用) X& h1 Q/ H1 o/ M" V8 l9 [- N
& L* n$ l$ w) O" f# A% U引脚分布$ `6 H+ m0 H# C- l
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引脚描述
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& C8 J3 r* }3 y2 [! ^5 x【问题描述】' [# c" r" k' O- a+ V+ `' L
* p8 F( @) E, ?9 x2 L' s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。. M2 F. P6 I/ w* I; X) A: k! u( V
3 k, Y! L8 h- \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。
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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。
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! g& T3 K' g0 D* J+ Z2 ^+ @( ~7 \* K4、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。( |& Y6 O2 R; _: a$ O+ t; T
7 Q% L q8 d* i6 w' N ]2 _$ [7 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。
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9 { N) L* P7 v5 M X2 i: q6、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。1 b P" N' k* F1 {* k7 z
- z1 g! x* C+ l0 s' b: J; `【调通要点】
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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。( y7 M& N% Y K/ c# o4 V
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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%。& R3 l9 m! I/ _: N& l
" O9 ]$ P9 Z1 O$ a# {4 `% m【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。% g4 p3 i: X, o# ^! O* W
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发表于 2023-8-8 11:42:21
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