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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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作者：屈工有话说
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+ k; X9 B+ u; ~2 b1 [; Y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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7 @( H: i- z, s' s J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。
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以下为测试样机图片：4 {( Z' U2 Z/ s! A# \
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CR6249样机图片 $ h7 U+ w( x& W3 E" T
【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
/ F. j9 s3 A: C6 r【规格】12V1.5A
% h& S5 ?3 Q3 Z& R( @【控制IC】CR6249, G0 F: E* @3 o. {
* ~2 \- p* k! x/ f/ sCR6249：高精度CC/CV原边检测PWM开关
2 F H' X9 D* y# }+ L" [4 V
+ t4 b$ m0 _) @5 K# w+ F- f& o1 U产品概述 C* U0 N/ Z9 e# J; c# Q
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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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9 O3 G# k& N6 E2 e- x) J HCR6249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 j, I6 a5 r U; X" {
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主要特点9 T& E4 f7 d! ?2 O3 x( w3 a
( c8 p0 F; @$ t) R5 J' S% @" _● 待机功耗低于75mW
# J/ c( B x e& K● 原边检测拓扑结构，无需光耦和TL4310 e2 g- C1 ~, L: y" K
● 全电压范围内高精度恒压和恒流输出3 y$ ~$ D( [8 A0 v3 \4 z6 G+ |
● 可编程CC/CV模式控制; F$ i" `6 _4 h8 X; X; ]
● 采用多模式控制的效率均衡技术
7 q' t9 _/ W1 v) r, N: e● 高能效QR控制模式& Z' m$ k( E3 Y0 d& ?$ y
● 内置输出线电压补偿功能
7 c7 x& b0 J, Q6 |● 内置初级电感量偏差补偿功能% c; `# c0 C) j" k$ y
● 内置全电压功率自适应补偿功能
5 Y$ [) A5 M$ f. f9 t● 动态负载响应功能% y2 k5 o! W' Q8 @% S* J* ?
● 内置过温度保护功能+ w- r6 C9 w" o( m7 f8 D
● 内置输出短路保护功能# {: w' U' B+ V6 y; e4 _& @, h
● 内置前沿消隐
1 _/ D8 U" s1 e; z+ H2 }, J● 启动电流和工作电流低1 J9 I- E( n; c/ x
● VDD端过压保护和钳位保护
* y0 j! q$ l# Q/ O4 t9 c● 逐周期过流保护
( h/ l5 N; l9 J- }* R0 w2 A● 内置输出整流二极管短路保护% z+ e% y: k1 k/ f, v3 t
● 内置输出过压保护功能
( o, o. }; ], t, ^( X: \● 内置所有PIN脚悬空保护功能6 t. W! s5 @! H1 P
● DIP-8L绿色封装2 Y' u6 T! x9 G# |& \
. H' T9 d+ L3 I4 [; b. Q
基本应用2 e3 E- W0 G& h' F& G3 a7 l
. m b5 V h6 c* @5 `* @( H" K● 小功率电源适配器
x. J2 L' u6 D' M9 q● 蜂窝电话充电器$ L9 } M1 R5 H
● 数码电源充电器* Z$ s5 G# a! U: W. U
● 电脑和服务器辅助电源 I6 p; h O9 [" p1 O' X
● 替代线性调整器和RCC
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; u% Q( w! F8 r$ R. e( Q+ l& `典型应用
! X! ^! ?; w2 \% W: g0 ?
0 ], @$ x$ d8 K f( ^引脚分布
7 A2 M" V D( E5 ~7 x: |/ P% G. m# c6 b) N- X
引脚描述
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, y* C w4 M1 [# U1 d3 L( w/ J
, w, w6 J2 H/ K【问题描述】; ?" C+ \" |0 {9 V
! M; c: y0 _9 j% c2 j) c$ ]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】$ {' Q' R+ H/ f5 I7 f3 E# ~
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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 z+ q( k5 _! `9 X7 W3 |9 S" u, q
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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。
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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。
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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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) _3 Y. e3 R) ]% d1 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。' U( ~6 h2 @2 r: B; ~
) f$ ?5 _0 h" ?+ w1 L【调通要点】
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6 h1 Y0 X1 [& P4 G, D( i6 D8 `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。' y1 G, r" [" |' b
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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%。& V- \9 b3 g9 v) R; L
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【最终结果】2 {( b8 Q2 |) f: q- a1 F- M4 d
* l0 L. J$ T4 l+ f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。3 p& C/ h( ]* r/ {* L Z \
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发表于 2023-8-8 11:42:21
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