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本帖最后由 思睿达小妹妹 于 2023-8-8 11:43 编辑 ' m; Y( r: m4 P5 M
# S/ ~- S6 F7 S1 q- ?0 b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。
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! G. Z6 u* i, r$ Q! z$ |0 ]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。" S# X5 K# a7 z: @9 I
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以下为测试样机图片：
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3 T7 l& q8 g2 x* X" l
CR6249样机图片
; M; K! H( _& i- Y, y【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 G/ B& M7 W* m
【规格】12V1.5A6 ~9 N' X1 l6 G; V3 X
【控制IC】CR6249
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9 P1 Y$ l8 l8 Z- V @CR6249：高精度CC/CV原边检测PWM开关( C# |5 H* S, ]8 q
3 N' J- X# s/ J3 o2 `4 s0 k9 I5 \+ q产品概述
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0 ]5 s! q3 z% ^8 A u" [6 pCR6249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。, m3 U) U/ T8 p$ A3 {+ F
! t0 |( X4 x3 v7 o1 i( S8 FCR6249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。. p9 A' n* H3 X# ^% r
! n. }( ~5 I0 p; P* M主要特点& g9 n$ S# e: E+ w& j, h" I0 b I/ r
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● 待机功耗低于75mW0 A: S! P, N, X( v
● 原边检测拓扑结构，无需光耦和TL431; g1 I/ h3 [& F; ~3 N6 U& j- t
● 全电压范围内高精度恒压和恒流输出* P* y/ D# {/ i6 D2 s1 ^/ m
● 可编程CC/CV模式控制4 z5 \1 \+ O$ N4 d& @. o9 ?2 A
● 采用多模式控制的效率均衡技术7 Y5 r* b- j6 z( t% t1 {1 O
● 高能效QR控制模式$ w# _: c2 I. {- m- R7 R" F# H
● 内置输出线电压补偿功能
3 U E# B! E2 d1 [2 }0 Z; e● 内置初级电感量偏差补偿功能
* u3 @) ~ x9 B1 ]9 o1 [● 内置全电压功率自适应补偿功能4 U4 N9 d+ R8 `9 E9 h9 ?
● 动态负载响应功能
6 `; ~( w" T, t$ T. @● 内置过温度保护功能; n5 K6 Q' U4 {( I1 B. n, `0 ]
● 内置输出短路保护功能
& W$ |4 g* ?4 G- h5 l8 I: s* u1 n● 内置前沿消隐- f0 o w. z# A( r0 c, h u# A0 i
● 启动电流和工作电流低. T0 \* t( c( u4 K* I
● VDD端过压保护和钳位保护
$ l# H2 @8 V' ~# f- H1 G● 逐周期过流保护5 }8 C0 `' ]# i
● 内置输出整流二极管短路保护1 }$ h( U- R ?5 `
● 内置输出过压保护功能2 C2 _. z/ ?' u1 m
● 内置所有PIN脚悬空保护功能
& |7 y; A S" S M● DIP-8L绿色封装
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基本应用- K" ]6 Z3 b1 a4 T% i! A
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● 小功率电源适配器
% I/ U# g2 `4 r% S/ f● 蜂窝电话充电器
" W7 n/ `& ]* O& O. H● 数码电源充电器
4 p, R* \: S2 {7 z● 电脑和服务器辅助电源
8 F. u ]6 C5 v* N● 替代线性调整器和RCC2 Q' n$ V4 m4 X" i" F9 _1 a% [
% p8 _7 D2 C$ D! I; V1 v: l典型应用
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q6 H* z, s) q1 G0 x6 D引脚分布# g! d! |- O/ @
- L4 S `' P: X引脚描述$ Y6 E' j! t6 ^
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【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。
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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。8 L9 e3 }' V0 [/ W
- f/ l- [9 Z" c9 e% ~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。0 i1 u6 C9 ^6 X4 H# R0 ?
3 |5 f) q1 ~! s p! ]; J5 L3、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 G8 d: V, h) D) z' K$ v
: T4 _4 z& P$ ^' B2 {. i# 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。0 m' v% Z, p+ `/ `5 K$ f ]
1 D! v k% M9 X& R, E, n3 n- l- 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。0 l( Z* s# }5 a% f' c4 v
% G2 {3 q6 P/ A" d6、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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【调通要点】- j8 m! w$ B/ j' z1 C
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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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, u y& K- k/ i7 n: B6 _( {9 ^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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【最终结果】
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5 f; Z( |0 j9 J/ F! p' X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。. r- {0 B6 d9 c2 M1 H2 X$ W5 e" B
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发表于 2023-8-8 11:42:21
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