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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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" q2 c& C: ^- B! W/ m7 w/ ?作者：屈工有话说
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. k9 ?6 G8 f, V; _7 v2 |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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4 h7 ?0 _$ E$ s6 T, w, y4 b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。' A; o% j2 N0 |1 v0 \
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以下为测试样机图片：
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: [: m3 B. v' V3 ?0 y* J- ]
4 }$ h+ j' ~/ M* d8 JCR6249样机图片
, V" \* l& L- J( z( Y% K, u【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 B; Q5 c7 n0 O& j& [% s【规格】12V1.5A
" e9 d0 [4 _0 z$ } {【控制IC】CR6249
) o6 [! w$ M3 T1 U4 B- @4 C! ^. {* O/ u6 s) E
CR6249：高精度CC/CV原边检测PWM开关
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产品概述% k; g3 q% h& x6 i9 ?
C B5 e+ r0 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。: D1 S0 Z0 c. _. J2 A1 v
7 J- a/ Y$ A, h5 o+ A* G+ c, ?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。9 V. a2 n* @8 o0 `4 A- M& m1 P- {
4 ]& a' w, u7 A6 g! J主要特点
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● 待机功耗低于75mW. V6 k/ V9 B$ ~8 z y& B+ E
● 原边检测拓扑结构，无需光耦和TL4311 x* Y; B% l0 }8 \
● 全电压范围内高精度恒压和恒流输出, c9 f; i' E) l+ A( d$ e
● 可编程CC/CV模式控制( {" f; L8 t d
● 采用多模式控制的效率均衡技术2 d5 m) b1 b" h4 s8 p6 P _ m
● 高能效QR控制模式
. T* r% p" Q8 d7 W% y, l● 内置输出线电压补偿功能
2 }; \2 v( M$ o' Q6 m* @● 内置初级电感量偏差补偿功能" N0 `* R( p3 m& q; T; K
● 内置全电压功率自适应补偿功能
+ G" G8 ]6 U3 z( J/ n: z● 动态负载响应功能- r: V8 |/ k1 x/ ?. W
● 内置过温度保护功能$ o5 t- O) m. ~9 \) }% M
● 内置输出短路保护功能
1 I& y. i" O1 F3 h● 内置前沿消隐/ U+ {$ E q0 V
● 启动电流和工作电流低. P" [- t5 ?+ y' T C7 b
● VDD端过压保护和钳位保护
9 j* z' S' }, [& v' G● 逐周期过流保护
1 e& v# N6 v2 Z$ f, _● 内置输出整流二极管短路保护
8 {/ Y% d% `1 \" V● 内置输出过压保护功能/ V# b! R6 a2 w U2 |+ ]
● 内置所有PIN脚悬空保护功能& G9 A& k9 C1 [7 p
● DIP-8L绿色封装
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基本应用. K w1 K, O& a% f
8 b, c# n# _- Z7 I" A● 小功率电源适配器
; l0 q% n g z+ }● 蜂窝电话充电器
2 F& j7 _: O: W+ |" @● 数码电源充电器
: t* L; U5 c2 k● 电脑和服务器辅助电源
" G# i( j0 c! Z+ E● 替代线性调整器和RCC% f1 b6 S( l* i- @# P' E/ O
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典型应用
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% o# i, Q i1 Q0 h, c7 r引脚分布. W( @0 ~1 @; e+ U" v8 {: t3 \
' B, N& t" ] v s; F& C1 ~# J J引脚描述/ j' x. w& D6 z, _" ]
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0 D' |3 [3 W2 k【问题描述】3 o/ N/ m& }, |+ |* O! U& U! f1 ?
9 A2 X3 j8 p- W @( N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。* }" K$ P( t5 p- c
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【解决思路】! A0 D& i( s" g* f# W3 j* o
4 E- Q; T1 F3 x6 E {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。. i9 V/ z; F$ t: ^
9 `; O. Z# A* w1 B) \, G0 o2、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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2 v* ?6 K; G2 o, F8 a3、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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Q+ ^" P0 o( b& \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。' O" ~" n. Y& Z9 v
7 Z6 Q7 Z$ T! U: k5 i( r5、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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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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4 S5 @5 U! ~) k7 q【调通要点】1 R# e9 f% a' n8 y
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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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1 V) C: E. @, b: P. F3 n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%。7 ~, C) t3 F9 V9 U8 ^$ u- l& {, K- X
7 ^/ {7 s! o+ ]# n4 p5 m; c r【最终结果】9 v6 h) i* d! ]7 |3 [, Q
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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。
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发表于 2023-8-8 11:42:21
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