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本帖最后由 思睿达小妹妹 于 2023-8-8 11:43 编辑 ) H/ j0 w; G. `8 J; K
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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。: P+ F4 e0 Y6 z( h( @$ c0 D: K
0 g! ? Q# \* `9 S6 P, r" s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。' l/ S7 J6 R4 a! D1 ]
* |" |+ k4 E! e; X- P0 ~0 e* Z8 ?% e2 H以下为测试样机图片：
3 T7 ~. D# T: k0 S" k6 B
( w% d2 P# n5 c: v4 k6 C" X, x( b) Q6 X8 H' ~
CR6249样机图片 2 Y" j! o+ I" b( \% r' F8 m9 i5 I
【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% q5 h* }& f, @ t0 w; r2 A& w: O& d
【规格】12V1.5A
; n }6 s( `+ f* I0 Y【控制IC】CR6249; i# B' d' j. w& R$ r
9 E& E. @2 t8 ~3 ECR6249：高精度CC/CV原边检测PWM开关
4 B$ x* E3 j# [& w# H% |5 \6 ?6 O5 @# S( x, b; U
产品概述
) I2 U$ V, P! C, y8 M; e0 k: c4 V) E* Q( l+ g
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。5 T: \. n5 x/ k6 E7 e
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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。
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+ I9 n1 h2 J9 G9 A3 l7 H" ?, l& x2 O主要特点3 m' X, ]3 T V: e
: T4 K6 l$ J8 a( y: `) q● 待机功耗低于75mW6 }/ ^9 R1 V1 e/ Y! u) N
● 原边检测拓扑结构，无需光耦和TL431) K9 c* e. L6 t- f
● 全电压范围内高精度恒压和恒流输出* g# d) r+ v# H7 A2 W: f) E
● 可编程CC/CV模式控制' {1 s' s; Z0 p: R
● 采用多模式控制的效率均衡技术
" P- K Z" O/ D2 Q; i3 K● 高能效QR控制模式* `8 p2 y" a6 X; D& o
● 内置输出线电压补偿功能# `- v( A. a6 p2 f2 V+ j K
● 内置初级电感量偏差补偿功能5 y' M: f1 R- q1 x4 t- s0 v: `
● 内置全电压功率自适应补偿功能$ T/ ~3 e' |' L' U: f5 D
● 动态负载响应功能
) Q0 t- C. {: \9 J0 V● 内置过温度保护功能
4 h3 P: L9 D* r: c& G● 内置输出短路保护功能3 v& ]3 h" Q$ S y' Q1 A
● 内置前沿消隐
, G% j5 m4 x7 Z2 F* M● 启动电流和工作电流低# `( V% ^( p D7 R; @3 N9 [' }
● VDD端过压保护和钳位保护
* S5 y) o4 c% d& M. u● 逐周期过流保护) w- y3 b# W# W h% a' Y
● 内置输出整流二极管短路保护
( J) g* z5 x% f5 m● 内置输出过压保护功能
& n5 r1 H6 o; M6 P7 `2 v● 内置所有PIN脚悬空保护功能
0 x+ h2 r# y9 W. r6 H9 w3 `● DIP-8L绿色封装
: b9 G1 m# l4 D7 Q- R! H7 N' s3 T% @5 E
基本应用
, R5 Y& L/ a P5 s) {+ Z9 M# m4 g- Y- F8 v( Q
● 小功率电源适配器
* |+ q. D$ a. D- c4 \● 蜂窝电话充电器. Z* g# X3 T; G
● 数码电源充电器% K' R6 R3 m! r, ^' ?& z3 Q! p
● 电脑和服务器辅助电源
' L! M+ ~! Z5 }2 {" t● 替代线性调整器和RCC4 p- ]% f( O7 a
. @( B0 ~, Y! G& j' o& ~ c! W0 A K4 @
典型应用
) @& I j; R2 M+ D4 r3 @; \8 ], o6 K4 @- A
引脚分布$ P2 v$ c- |9 a" m# @# n
" _' Z/ ?* P* w引脚描述
/ k6 E8 H7 ?/ B: o* V# q% v$ w
4 e5 V. n+ x1 @) k& `8 Q' v( _5 l& v- d, g9 l
【问题描述】2 e- ]. v1 f2 ]: P
5 b4 Y+ L6 t0 s w4 F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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! S* a9 ~% P4 t" R* j8 | Q% @& R: Y' L【解决思路】
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) f& i) p) j1 i1、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。# m- {" h$ f. l
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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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" ~3 ^7 h2 n# C& R4 X4、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。- A, }3 b r* a' R2 x
9 a t" @% x; R5、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。! Z! Y0 Y% o5 H, d
' y5 A$ w. J: A8 V, B6、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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4 l* c2 |$ z% O) S【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。5 H3 a) o3 X7 ]/ H" {$ M
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. m2 g* y( P t8 a" |, c- }* S. T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%。3 B) c- q) b' E( `9 V+ k2 F
9 r) n+ Z0 Y" b3 S1 Y【最终结果】
) b7 A/ n7 q) i) b7 |4 R' X+ Q5 ^
& A/ `+ ?7 C) f3 d2 U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。- \' X2 o8 `* T& Q/ D% `( ^: Y% ^" Y- T! p+ s
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发表于 2023-8-8 11:42:21
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