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本帖最后由 思睿达小妹妹 于 2023-8-8 11:43 编辑 : w' ~3 F$ S) H+ R$ O" l) p
4 R' e% o- I# ~! F) @) R作者：屈工有话说
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% M# C, x$ e9 m6 V2 B; t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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3 Z( `+ O" m) V6 K. z: 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。& b* D( G8 ~% Q9 [. U
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以下为测试样机图片：& w. L# X# j/ y0 Z6 D/ N$ H5 U
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" }6 V5 D9 @2 B5 ~2 U: SCR6249样机图片
6 B/ o# F6 I; p4 K, H& 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$ e- ~5 G. O7 Y. v
【规格】12V1.5A
6 e1 _7 Z+ A5 {9 b: d6 {【控制IC】CR6249! Q% v K& i: n5 Z' D5 Z( f
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CR6249：高精度CC/CV原边检测PWM开关# \8 @ T7 ^$ E0 V
- Z$ F2 e* f6 s& @& X. z( O产品概述( C5 o; Y c% f2 X
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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。& y' r. {; V" |0 K, |
. I5 G3 w, a3 X" ?/ s: yCR6249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。2 o2 R5 v7 g1 @
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主要特点
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● 待机功耗低于75mW+ {& y; ~9 W4 D1 A' @6 l
● 原边检测拓扑结构，无需光耦和TL431
+ \/ B' Z$ n. d% H4 E8 X● 全电压范围内高精度恒压和恒流输出
" c- c4 P) D$ V" C. p● 可编程CC/CV模式控制1 y6 T6 i, W+ @8 x. [% n* ]
● 采用多模式控制的效率均衡技术+ k. B* p( H% y3 A# M& l+ m
● 高能效QR控制模式
9 [0 z9 S* N. }; T/ _, Z● 内置输出线电压补偿功能' q" B7 y6 \* `/ \% {4 L u2 G
● 内置初级电感量偏差补偿功能: e: c6 J8 `' p; K$ S
● 内置全电压功率自适应补偿功能
4 Y+ y1 g0 l0 k● 动态负载响应功能8 h) }/ W3 W4 V* |- i! ~
● 内置过温度保护功能
0 e6 q7 [, u* P3 f. y( d● 内置输出短路保护功能# M$ W" g% N. ? c+ y
● 内置前沿消隐7 b4 Q; \1 N9 r0 N8 c! Y
● 启动电流和工作电流低7 h/ ], R- J7 t0 }2 ~# U+ e0 x; K% M
● VDD端过压保护和钳位保护! J7 b, S" X8 Y( ^
● 逐周期过流保护, s E+ U1 {: ]) ^5 \
● 内置输出整流二极管短路保护
7 W& n- J4 \3 i2 X, q● 内置输出过压保护功能& _$ O+ ^) E. l( u
● 内置所有PIN脚悬空保护功能8 d: b: D$ B( d: F/ }- G- h
● DIP-8L绿色封装
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基本应用' ~* e& s9 M: h r0 f. O. f8 V& U
& |9 X2 u$ p, E& w+ e● 小功率电源适配器
- b0 C/ E T6 {/ H- ^/ r● 蜂窝电话充电器
9 u5 Y+ ^; n5 G! S+ u% u( _1 ^● 数码电源充电器! x5 p+ W* H. S8 C& H
● 电脑和服务器辅助电源
5 x( c- m5 ]( ]7 Y0 n# r6 _5 @, u● 替代线性调整器和RCC
( U c% {. p9 u% M) m5 L# L+ C( z9 f7 h( ~
典型应用" s' \3 X& J" i- P1 R
, K3 T( n( E! _" y/ L
引脚分布
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4 M6 S3 W- } V7 k, W引脚描述6 P' N) Y6 u7 K W$ L. i5 o9 o
* u) p9 }- _2 y1 K$ r8 d7 l5 I5 q4 \ S9 {: H
【问题描述】, {6 Y' m4 l' f
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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。# ~4 o% w, w7 j3 {; y
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$ C8 B" @# l$ l+ x! e【解决思路】
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/ D5 f0 A c/ c$ `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。; m; N* |; I" |; @; W( X
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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。' h' P3 F! g7 y4 Q: M" g5 {
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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。* k/ y9 [: S) Q$ ]+ m; {) B
4 a D( m+ ?2 b# S, N$ b4、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。( U1 _$ _4 p( j4 Y' e, L
, g( R* ^: d: Z$ `" k) ^; g3 P7 z; B5、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。3 i/ ~/ i! V$ j* Y% _
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6、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 U. b) ~/ ?2 V
9 F9 L' Y" B* s+ z( ~【调通要点】) z/ X* L: h( I) n4 d. F
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+ }+ W3 Z4 V# L' c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。! N" m* d: k1 f$ j3 {" q
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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%。$ @6 k( {6 }2 T! o- J1 C, {
# p- B5 X8 k' ?, o6 _" H M【最终结果】
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3 }$ H6 |! \% U1 V. p- 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。
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发表于 2023-8-8 11:42:21
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