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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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9 @2 X5 t; K/ W1 e& E. {作者：屈工有话说6 z4 Y7 f% [9 \' s* B
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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。
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1 N- ?, n" u' Z: ]- L% g" m, u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。' @2 ^% c* _2 ~* k1 h$ y1 N( ]
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以下为测试样机图片：
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CR6249样机图片 . v' o8 C, g8 j# G9 F
【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RCC4 c6 F6 b8 ]/ N5 V' W2 k/ m
【规格】12V1.5A8 Q7 e/ Y3 \3 c- P; e+ f
【控制IC】CR6249! z. i9 a9 v& a, i4 p
& f& K8 I. d4 t' f) q% _- vCR6249：高精度CC/CV原边检测PWM开关7 }0 \( X) r/ I3 N7 X ?8 Z( j
; m. }5 E0 q6 _1 D, s- P5 a产品概述) \" _; g4 D; {3 L
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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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) A7 L1 i; h/ l# e+ WCR6249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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主要特点3 X# N* I: G3 f+ i2 u4 W P3 p
5 n* u e6 @( j4 ]3 H& O+ i2 \, S, _3 \
● 待机功耗低于75mW# {: o* l: k0 s4 V7 q
● 原边检测拓扑结构，无需光耦和TL431
: B: x$ L6 {6 V3 |: d# \● 全电压范围内高精度恒压和恒流输出
* V) f* U7 ]: h1 q● 可编程CC/CV模式控制
- U% T3 Q; S8 |5 f {8 d, z● 采用多模式控制的效率均衡技术2 k% {: t5 _& C! V+ e
● 高能效QR控制模式 n/ t9 F) D) S
● 内置输出线电压补偿功能
3 J- d$ ~. M2 D" ?7 \● 内置初级电感量偏差补偿功能: u: H: A% X' m7 \
● 内置全电压功率自适应补偿功能( u+ B& `+ \4 @$ `, {& ^
● 动态负载响应功能; c) C! `& a* D2 k
● 内置过温度保护功能# ^( I! O' E5 Q
● 内置输出短路保护功能
' E0 w+ T# i0 m! k● 内置前沿消隐
: o& M6 f. r$ j, u● 启动电流和工作电流低
: U9 J5 z& X# ~● VDD端过压保护和钳位保护. |2 b+ R9 Z" C8 `! r
● 逐周期过流保护 D6 T" G2 E: {" ^" t
● 内置输出整流二极管短路保护
7 i3 a- p7 Q" m9 V- [- o1 k● 内置输出过压保护功能
& k2 E# H8 {! G8 O0 \% k2 H0 V" ~● 内置所有PIN脚悬空保护功能
9 J' f& @, [% a● DIP-8L绿色封装 K/ g* z D' C) W* @+ q
( o. e) b* l% w- z基本应用
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● 小功率电源适配器 D: n+ c0 O- e6 q
● 蜂窝电话充电器
4 Z6 k9 ^ j z/ I; Y/ `● 数码电源充电器; [ Z9 S$ d+ g; C5 h
● 电脑和服务器辅助电源
0 f; Q% @+ Q2 }' P4 m- X● 替代线性调整器和RCC
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9 b+ i; [9 i4 q5 S4 ^1 I典型应用
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引脚分布
- k" O7 x4 I1 @( H8 N+ }: H
& f+ g6 g! w8 q2 q+ V引脚描述) @; Z" d; \8 q. _$ m: ]% r; B2 ^
& \ k* _0 B. b
1 w n! U& S( [3 j8 Q【问题描述】
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) L7 v8 d5 B% ^$ j( n! c. `2 M% N1 q3 W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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- C9 m; C8 v% b% Z$ k: d1、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。& N' D9 d, t# c$ ]
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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。/ {4 v$ e Q& F0 ?, O" |# q
w) j1 M: ]4 u j% Y4 G0 V4、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。& x' f* e o" B5 w; i
6 P9 H% z& f" U; T$ d1 ]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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8 h7 M; W8 @; i; F+ `. K6、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。" ?: m' v6 _- i: Z2 @
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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。* R8 T4 K8 e; {$ Y2 @6 P
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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%。) F- Z8 }% g+ Y& c) s* Y3 I
7 ]# z5 Q5 H$ C; l$ ~【最终结果】" d. e# Q% S- b& S- H$ S% m8 R8 n7 ?
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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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