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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: }. g1 P- T! q6 k
+ z! X! @6 N! x% ]5 u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。7 _# v! U+ |6 p6 B: K, ~+ B% A
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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。6 U* c/ [ |2 o" c
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以下为测试样机图片：$ }- }+ c# k& j9 W
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CR6249样机图片 9 { K" B: a; A/ {, D0 Q0 e4 s
【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
2 X% k4 a& @# E【规格】12V1.5A) P( y0 x& ?( o4 ]
【控制IC】CR6249
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CR6249：高精度CC/CV原边检测PWM开关
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( { D5 B s3 F" Q产品概述! |' ~" x3 W1 G5 X7 y; e
( {# g% ]1 O/ ~0 n* Q: ^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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7 V- R* e& O! S$ H% Z4 LCR6249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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( b9 {$ {) a( @主要特点$ z5 F: k) @6 u* C" G
8 J2 H+ ^$ Y% i+ b● 待机功耗低于75mW" E! A, \. T# \% T6 T
● 原边检测拓扑结构，无需光耦和TL4310 p+ |7 q1 R2 M
● 全电压范围内高精度恒压和恒流输出- I) a- M7 E9 v
● 可编程CC/CV模式控制
. p2 U0 f D0 d● 采用多模式控制的效率均衡技术
) r8 R, p0 R; v8 @" c● 高能效QR控制模式8 }" x3 ]$ M' S# D3 M6 b" v# l9 u4 \
● 内置输出线电压补偿功能
0 @8 s+ a& @* C7 h● 内置初级电感量偏差补偿功能
+ J* v7 O5 q: D3 ]7 K- |● 内置全电压功率自适应补偿功能' o5 M6 H8 V( j' L/ o1 ]
● 动态负载响应功能
2 C% |' d1 d; F3 m0 o1 i● 内置过温度保护功能
, x; A2 x) E; ?6 m! n u# Z● 内置输出短路保护功能
8 ?( m+ Q4 E! J● 内置前沿消隐
{: e0 T& X9 y# Y$ ^● 启动电流和工作电流低
) H l: n$ c4 i6 ]: W● VDD端过压保护和钳位保护
, b5 S+ L+ G* G( S● 逐周期过流保护
# @; i1 Y) a7 y● 内置输出整流二极管短路保护
: [5 z" a& M. Q8 U8 h, y" a2 Z● 内置输出过压保护功能 w7 T1 G# o2 ]* F1 a: D
● 内置所有PIN脚悬空保护功能
& \% c4 j" ] r8 K) t3 Q● DIP-8L绿色封装0 Z9 L, j2 V/ d* o
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基本应用
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- L8 K" a# u2 _3 b● 小功率电源适配器' ?6 A/ p' j: X0 W& B- v8 u1 F
● 蜂窝电话充电器' z+ i- b- }; w: ^ h! n% d
● 数码电源充电器! H2 r9 B, [# r! e7 S+ R
● 电脑和服务器辅助电源* _. k3 W# _; n/ {0 u" W& J
● 替代线性调整器和RCC4 ? h: M( D& n7 o* |& `
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典型应用/ I' {* R& G, T* B
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引脚分布4 U. O: C/ _: x; W5 R/ {0 R
v& s/ K& r" b* e' V, M/ d' V引脚描述
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【问题描述】
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0 w M/ Y/ \' e! L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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) c; F5 C7 x8 E- B, T【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。3 p% u. _4 ^6 |2 R! K
1 ^: j0 u8 [2 Q5 o2 l A" L9 N& b g2、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。 f f/ r' P' \) A/ U' ^+ E j) M9 r
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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。! ]! v4 T: p w4 v
3 A3 Q0 h: H3 F! y5 z1 m4、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。# U% T# I" y# f( f7 B$ o
# g9 z* b i% [6 X5、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。+ h" B) l: H v0 T
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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。
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+ D/ h3 [1 }5 r/ \+ }【调通要点】% g& w, B, D' ~
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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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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】$ J9 }- p' C, N8 m1 n: y! Q+ v
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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。/ F0 o0 U, ~" F4 o* ~9 f5 n" e9 P7 c
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发表于 2023-8-8 11:42:21
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