|
|
本帖最后由 思睿达小妹妹 于 2023-8-8 11:43 编辑 / A' j0 V7 ?$ T
2 H" X' n( t' d* w1 A, p" h/ a/ A
作者：屈工有话说
; Q+ `- c2 Y" y3 S& ^, h1 q0 M, M2 W, S0 f! d3 }! T" j2 u
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。
! w U2 U4 c8 F* I; L* L' @" ^
3 p2 G% o( Q1 m( g5 L: z, U$ |) E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+ e. T: c! b: H
' {8 t& z! Y& E' H' C& c以下为测试样机图片：
1 ^! X$ P$ R1 l8 @$ L6 x- w) f5 ^3 ?" v" d, v" ~0 d
W5 a" [# L, `1 o* uCR6249样机图片
( R) s/ C- ?/ V6 {【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. {- {' B( J& }4 }1 b
【规格】12V1.5A
8 y8 Y2 b( A% V3 X【控制IC】CR6249
0 y/ L: L5 M# Z# F6 S5 _* X
4 x6 W9 n' p. A& iCR6249：高精度CC/CV原边检测PWM开关
! i4 M, ?! g. K7 I' x
$ u% A' S# m! n$ |产品概述
& ?* ^* Q( z$ {1 Y4 P V" b( |. R6 k( d) j$ `% R! k* s+ p+ r% E- D
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。
$ S/ E- `* r- K2 W; ]' m6 K# e. g; r" Q( w5 j% ~
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。' B) [" _# `$ m" f, X$ @% Z( U
8 |/ @8 N# r/ i% e
主要特点% E# o! v% ~6 h8 ~/ F3 l, _
6 _0 l7 @, h" f+ F6 K0 X9 l● 待机功耗低于75mW$ e, B# T5 N& C2 `: T, K
● 原边检测拓扑结构，无需光耦和TL431
- Q( {" o V8 r+ E0 t$ V9 [" K● 全电压范围内高精度恒压和恒流输出( i; Y; w4 t7 D
● 可编程CC/CV模式控制
8 p7 t& M1 V# S0 {1 p, u! a$ g* W2 a● 采用多模式控制的效率均衡技术( o- f5 x. z8 x* O0 Y
● 高能效QR控制模式
: M' E' r+ a3 c# e0 l- w● 内置输出线电压补偿功能
( M; t8 o- n4 }0 J% X* Y/ z/ n● 内置初级电感量偏差补偿功能! X" g/ o: u+ o7 @# T# C' ?( M
● 内置全电压功率自适应补偿功能3 ]9 L" R9 Z! a+ [3 f! ]
● 动态负载响应功能- G. W3 R- S& L. }2 F4 s+ S+ \9 A
● 内置过温度保护功能# ~7 ]8 a* j# z9 @
● 内置输出短路保护功能
1 n: |4 i2 D! o' z& t z5 |. h2 v ]● 内置前沿消隐
6 |9 Z% P8 m$ {- u: X7 W% i; e" j● 启动电流和工作电流低
1 X+ H# ?5 K- i, l/ v6 B4 B2 ^0 [● VDD端过压保护和钳位保护3 v8 e" e% _% N" @# C
● 逐周期过流保护) S/ ]% p4 i# k7 V8 s4 G: |
● 内置输出整流二极管短路保护
5 i' ^- r8 q _5 \1 ^● 内置输出过压保护功能
. c- R$ U" f/ A# M( Q4 G● 内置所有PIN脚悬空保护功能 F5 s( K8 z( w& S
● DIP-8L绿色封装
: b. o% z+ ^+ Y# X4 a e9 E
( W) L7 v, ]7 x* ]基本应用
. z9 w C2 P+ H7 g. L9 X; T
9 e" t$ N# S1 T$ k7 @) l● 小功率电源适配器
) U5 p: {# U; S% y● 蜂窝电话充电器# H" g' O0 t* w( Q& D
● 数码电源充电器5 D2 B8 h$ p9 h/ R, Y7 b% T
● 电脑和服务器辅助电源0 L3 L# D* t% K5 E* I1 j' ~4 m
● 替代线性调整器和RCC
7 R' Y. @1 k' T( s6 p1 h M7 D- }) g- Q9 o
典型应用
) C+ Z6 A1 l# j4 [% b3 W% G
) I: j* |5 g* a3 [引脚分布
: I* v5 q. U3 d# _5 R9 K
3 E! h0 C6 }7 E0 L) r7 p引脚描述
0 d+ V" s& s& y9 R6 A& ^& r0 b& s. _' g. w
8 v& N: a* `7 n【问题描述】
0 C- u7 I; s# K7 ^. \1 z) Q# L! S& E# I+ |3 C4 Z& w& f9 V8 B' ?
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。
( p4 f. z# k8 F
; g/ Y8 _. _! O3 t* T3 b* J7 g/ S; e: ]6 T( U- s; I4 F5 P- ~3 S
【解决思路】
* C$ a* |) q" E! _1 r2 ^; D( j$ p2 x, G0 q8 M- s* t% G9 X
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。
( p; l# R, }7 |8 i8 _. s5 ]* a& i1 Y' Q* }
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。
K: x% C" X2 c5 N# z1 p
! {5 ?& V$ H; \% D3、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。6 K5 u2 L" E1 D; g, i
; D( K$ ^" ~1 D0 j7 X6 |" W
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。# H+ E% `" f! N/ A6 U2 {7 Q* g3 E
7 @. k: b; c; A% e" ]" c5、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。
* T. z2 ?! P# v% @8 P
- f, P2 ^- e6 E+ n" N/ S6 a! j6、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。( T& M" A9 j" c/ ?
' {4 R8 [4 ?& I3 Q
【调通要点】) r0 z8 Z) H c* n( }. n
2 _4 {) j2 o% K, g
$ Q# S+ S* Y+ y% I# j6 i1 x8 B4 z
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。
/ f' B; Z9 j9 ]3 f- G' L t- V! }. F& E, C
; B: r% L% z* r- Q3 w; V# g" ]" d0 l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 o! U: @0 h T+ `# |. W4 Y3 r A& K" A( l c6 J4 M
【最终结果】( M) ? l r6 n9 n* s
9 D) t! J9 m% `7 b+ a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。 @! n4 j; ?6 p+ ~8 u
0 r! ]8 q7 {, W! x: i m+ w7 s0 b0 s! j3 z S7 G5 W2 Q
|
本帖子中包含更多资源
您需要 登录 才可以下载或查看，没有帐号？注册
x
|
IP卡
狗仔卡
发表于 2023-8-8 11:42:21
提升卡
置顶卡
沉默卡
喧嚣卡
变色卡
显身卡