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本帖最后由 思睿达小妹妹 于 2023-8-8 11:43 编辑 F9 m/ t) A5 _" Q
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作者：屈工有话说2 @! R7 N* w N
( d7 |$ g% g+ l B; ] e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。' O* M. U% I* ]( ?6 T, i$ U
& I# o1 S) w& i1 z, [. l0 a
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。 X% ^: e& Q& G# w& Y: C& A% [
# l, F( O& z0 y( k8 O以下为测试样机图片：8 Q+ x7 [# A+ l5 J- v7 i, M
& J8 I/ n/ @( r2 v$ y
8 U8 R7 a; r0 v* ~/ E2 E8 @; J+ bCR6249样机图片
* q Y" v6 k2 Z! R【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
" c5 p' `" y% F* y【规格】12V1.5A
# ]( s' P2 z! s! \【控制IC】CR6249
4 @* W4 }* {! y8 |$ v* b5 r
, A4 s3 i1 b3 M( E' e* O! w6 }( bCR6249：高精度CC/CV原边检测PWM开关
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产品概述
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f# {/ X# l$ M7 y6 B7 sCR6249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。6 G5 ^ D W- H) w0 w H; U1 Q
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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。 E+ V' C( B. K1 E
5 @9 g( E) y# n0 V$ Z" T, c: }主要特点
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1 [( y5 S7 [5 z8 {- D● 待机功耗低于75mW
! p+ a* e: C. U3 ]; ?" y' H$ G6 J) E● 原边检测拓扑结构，无需光耦和TL431
# J8 w, Q6 d5 p● 全电压范围内高精度恒压和恒流输出4 a7 w0 ?( Y5 y+ J! g
● 可编程CC/CV模式控制5 D. u4 O5 |$ r" g) }( I0 x
● 采用多模式控制的效率均衡技术7 P- ]. ?2 C& O- A) w$ L* i+ J
● 高能效QR控制模式
3 a. ?3 C' \+ I3 }" K6 F: W● 内置输出线电压补偿功能
% I: K0 M7 \9 K7 V9 I● 内置初级电感量偏差补偿功能
3 u D2 H/ `2 t" E● 内置全电压功率自适应补偿功能6 t F5 }# F! e) X- y
● 动态负载响应功能+ O# l9 ~; a6 X% }, @7 U9 r
● 内置过温度保护功能
& P: o( h3 D5 w* f● 内置输出短路保护功能
5 @* @7 G- Q/ W+ f% X9 N● 内置前沿消隐# w: |' W4 p9 ~# U
● 启动电流和工作电流低! X7 a3 ~, n- a& x& l$ W- c
● VDD端过压保护和钳位保护
3 I" g6 ]# o- d" y4 x/ K; w9 ?6 ^9 I● 逐周期过流保护
7 B0 C' V) W0 C1 b' U● 内置输出整流二极管短路保护! z0 n( \ A# s
● 内置输出过压保护功能& Y' R# U0 [ Z% [. y
● 内置所有PIN脚悬空保护功能9 G9 r0 `: D$ v. z- y: E
● DIP-8L绿色封装: C8 P" C0 `# Z: l6 I: ?0 n# }4 P9 _8 C- }
4 h3 h/ L# S) P. y- r) [4 P+ Z6 }基本应用0 h; e* ~+ j" s; k+ c* g
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● 小功率电源适配器
' a* H9 R5 C- C o2 V$ @+ v● 蜂窝电话充电器
1 S6 S: c% h( b5 `● 数码电源充电器. `& Q( b0 u/ }3 S8 t" s
● 电脑和服务器辅助电源
, F4 e! d5 K4 x P; n6 r6 q0 e● 替代线性调整器和RCC
* N+ w! u; D! o5 W" h4 R9 f, B1 x# t( r2 m; a& P: e
典型应用
5 f5 \2 t1 w; M9 H: t
- ^0 v. W& u' N0 T0 t* [+ q4 O引脚分布' Z8 D! d7 d/ J; f; G6 [3 F" S& A+ q
0 D! Y7 m) R) A/ Y, c
引脚描述
+ c* ?5 r, |* p' f7 j0 v1 q# U
, E4 f, Z% I9 v6 o' d: `. _) N* N1 o( G$ v" [
【问题描述】
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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。
- G- W4 W! I0 p! y" N' z9 r$ d8 u i1 H, D0 X" T7 t/ a! p
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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。6 E" k0 B2 F% u- V
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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。" g& Z! `( O, A/ P
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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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0 r L( r9 ?$ F5 |! B0 I4、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。
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5、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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% O! v$ p/ D# k' ~0 x2 Q7 U6、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。0 K6 ~" X3 f1 f1 }) _
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【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。
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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%。
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, G0 V' G$ @) z% w" T【最终结果】& x, y! ?* R! ~: ^6 H* e
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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。
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发表于 2023-8-8 11:42:21
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