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本帖最后由 思睿达小妹妹 于 2023-8-8 11:43 编辑 8 m# }, n& u% ^1 q/ S
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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。0 L2 b; E a1 y- @* `; }$ f
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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。1 U, J) d$ J/ X& Q4 c
, F1 M$ @6 ]' ]9 @, G! |: Q以下为测试样机图片：
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' F( U+ U1 K2 R/ x% S @9 UCR6249样机图片 ; U/ N' U) _# x% c
【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
4 \% U" \' L4 b5 e4 A6 s3 k【规格】12V1.5A0 s1 O1 g- e9 {# o* N& i3 P
【控制IC】CR6249
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4 Q$ c4 b* L GCR6249：高精度CC/CV原边检测PWM开关
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产品概述
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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。( x1 y# ?" R0 C8 u
. ~' x8 f- |7 B6 w# `5 U& RCR6249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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6 B- l6 t' X7 r! A' D% P3 p' t t u主要特点
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● 待机功耗低于75mW* v3 S! K6 `1 r; m+ V
● 原边检测拓扑结构，无需光耦和TL431
# W, s% _' F/ f) M* f● 全电压范围内高精度恒压和恒流输出+ ?& ?( A: {7 }! O
● 可编程CC/CV模式控制
. f( b/ x% q/ u' t; x● 采用多模式控制的效率均衡技术) B( B5 ]( ?# l
● 高能效QR控制模式
$ ~+ E' P5 s" O6 |● 内置输出线电压补偿功能6 L3 g+ V$ d0 Y5 `3 w b: `
● 内置初级电感量偏差补偿功能* P$ D4 d! Q0 T, n
● 内置全电压功率自适应补偿功能0 x; p, L/ N6 m! F) Y4 G
● 动态负载响应功能
+ p% P- e! H! t/ p2 c7 m● 内置过温度保护功能/ M R5 {' T$ k3 u6 _) R
● 内置输出短路保护功能, ?1 I) N" d, \9 n2 |, H
● 内置前沿消隐
" w4 _: N" B: M3 e+ n● 启动电流和工作电流低- O& e2 B: K4 N9 i& |( \; s( M
● VDD端过压保护和钳位保护' N( M4 i' M9 o3 ^
● 逐周期过流保护
# b/ @3 d1 ~3 m" m/ ~) H● 内置输出整流二极管短路保护
' v- Y) K4 M" p" w6 [' x● 内置输出过压保护功能$ J; {0 U, Q' {% ~0 [6 h8 e7 L
● 内置所有PIN脚悬空保护功能. T' @% c% e! D9 V4 {% X7 R
● DIP-8L绿色封装3 b3 r1 |' [& s& o* T% J
5 [4 S: u% k$ _) R; ]7 X基本应用1 K: {! `! E8 p' n* h' I
* a6 W& x+ H Q# g● 小功率电源适配器
4 E9 A1 _, |3 H% C1 S% p5 |● 蜂窝电话充电器
( ?7 j9 j* @0 B4 {● 数码电源充电器$ \+ _ \5 u- w" g% c6 B1 R
● 电脑和服务器辅助电源% V( d2 D4 R$ _1 s
● 替代线性调整器和RCC' B8 Z5 |: w5 F. o, U( E! k! _, l4 J+ U
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典型应用
! c) j6 ^- j3 w1 I- Q2 ]! A4 r. @8 ~+ U5 u& K) z
引脚分布
, [* C5 ~" y a6 X+ Y3 d4 u! r# x7 w4 g
引脚描述
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1 X" J. Y' @1 `5 D' {. L【问题描述】: F9 O! u. |7 B& H7 ^# U
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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。
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4 O' X3 R" K2 @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。; s- A0 L! [: ?
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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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* x2 d5 _( M" |" P0 L* ]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。4 S0 X; R% H9 {
^' Z+ V5 s3 P6、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】
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8 a& h! _3 [$ R9 E+ w- k* N3 N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。3 I( A0 Z r' H; A- ^2 h
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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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【最终结果】& X$ k& b% A5 H1 m9 ~- l5 i7 d6 p) ^
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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。; ~2 {4 Q! M+ j' M7 B8 m+ v4 _
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发表于 2023-8-8 11:42:21
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