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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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: w$ M, w* G; T( m作者：屈工有话说 R8 k9 k0 b' ?' h: G( ]
) R) ?% ^ h8 q7 ]& I0 e2 c, j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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, F& a9 ?1 F6 v1 D9 s0 p- t6 S" [0 l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' @2 _, h: ~& W, e+ l% s
( _, ~! ~' o% m( X h以下为测试样机图片： t- x9 h! v1 L$ v9 Y. y, W" ~
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' O9 y% m8 Y L, F/ H4 {, OCR6249样机图片 : C+ c: I6 O5 \! b2 [; M3 |
【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: C. F; j7 P' f5 w8 e1 e2 Q+ e
【规格】12V1.5A3 @ L5 b. }% g4 l" d
【控制IC】CR6249+ ^- \- A% e) z+ x% E" P/ o# w
' t5 |- i% E+ I5 _CR6249：高精度CC/CV原边检测PWM开关
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9 f. \" t9 w2 U# w5 \( B1 D/ U产品概述( g6 W0 R- Y8 j% b, g$ W( J
L, a/ d1 i2 T( }* C1 UCR6249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。+ d6 e& {& B1 U$ W( n9 z! D
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CR6249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 o) R) |: B/ V3 w- g主要特点) d$ r4 Z. F1 c7 v# u
- C1 @+ S0 s5 P" e0 b }4 B7 N8 ]● 待机功耗低于75mW6 @$ h! r% ~+ k* K+ d7 |7 L; g
● 原边检测拓扑结构，无需光耦和TL431) r7 N' r+ M# Q9 V( g
● 全电压范围内高精度恒压和恒流输出
5 T- t9 `3 u) I" b C, N● 可编程CC/CV模式控制: P* Y% Y7 q5 g6 h( e- x5 g
● 采用多模式控制的效率均衡技术( h* @0 {, r% S) }7 {/ p3 m/ a5 K
● 高能效QR控制模式
, G6 y" S8 C# Z) X- q● 内置输出线电压补偿功能/ ]$ z& ?9 X4 v$ @. I
● 内置初级电感量偏差补偿功能, U! U& \% `1 K, b: ~
● 内置全电压功率自适应补偿功能9 {; \ L7 Q8 B. t* }5 N) K
● 动态负载响应功能
6 D5 ~! p: ]. G) B● 内置过温度保护功能
0 P/ f6 Q# }4 y `. M+ Q Q3 V/ s) Y● 内置输出短路保护功能
# T4 R5 K% J: g+ P: X: `● 内置前沿消隐
0 h) N1 x m$ B6 f' c! D9 T8 k● 启动电流和工作电流低
# F; a; h! y7 r+ e/ d& y● VDD端过压保护和钳位保护3 v' ^$ E; {! Y/ D9 @9 @! A
● 逐周期过流保护
; Q( N( ?6 Z, a* s$ K& z% C● 内置输出整流二极管短路保护6 F k+ S& y7 H4 D; H: X! P
● 内置输出过压保护功能( @0 C( L! S: D
● 内置所有PIN脚悬空保护功能: z+ }% w1 z U6 Z) c, J
● DIP-8L绿色封装( U$ E5 M2 |: i) d
& D6 A) }7 v( \2 y1 l' E
基本应用) P# N* g/ b/ {1 p
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● 小功率电源适配器+ J* J( D% u' R8 ~ H( m8 A8 O# D
● 蜂窝电话充电器2 @; r4 `! ~5 b% T% ^. {, T$ u* D
● 数码电源充电器
# f0 O- b. Q. I$ q% }● 电脑和服务器辅助电源
8 S' G" ~! m# W5 _# Q● 替代线性调整器和RCC
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( g0 ~6 a+ y" n4 Y: P+ a典型应用* G6 N. w' s( w3 j" _5 p
7 f& g: m2 A* R6 i* e7 m0 m9 v- k) U2 s
引脚分布5 z9 y2 j) R5 d2 f8 }" x }- x
* C4 Q o5 J8 s7 n9 q2 h2 o
引脚描述, c) l4 n! R* s( o
" Z2 P& M3 {6 \ D- i# B" c
% w3 g7 H4 P u+ e9 z$ C9 s【问题描述】 n( U. K$ Q( z0 [
- ?2 G/ G6 x: T' g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】7 K/ q1 `# O& I5 d0 t
& D) f* o2 X: f: b& c9 q9 g6 J9 s' `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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) Q( s8 G( I: u& T4 u; O D2、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。6 R3 ~5 |8 |3 ^, J
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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。) b9 v6 j8 @) O w8 {" l* t
, p' r& }( j. d, W/ D8 T; N5、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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; ?" o: u; z- Q% k8 H* P* M6、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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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。& m. A1 t, b8 v# Z
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c* A2 U& G" m- b, O2 a. e" Z. Q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%。/ a8 \2 v1 B: F! d' B# E# u. }
: c- X2 a7 h9 M0 ^+ w【最终结果】
: B( V5 z8 O u6 t! u( C/ ]1 a
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。; |1 e0 m+ o' l. y# U3 D, k. a5 i
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发表于 2023-8-8 11:42:21
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