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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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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。* f: u5 h/ ~0 b# w/ Z5 A4 V
8 h9 s( q9 }/ W. j, x, ?* T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。( x, i: s3 y) A
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以下为测试样机图片：% g0 O5 H% {8 @# i2 W. o y9 E
+ x: l* f7 p: M4 ^ t7 \4 s* j2 a2 _4 l
1 U: T4 l# i! |CR6249样机图片 5 r# T5 K4 |( i8 A% V
【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
7 H6 w: q3 T9 z【规格】12V1.5A. Y" I' ^% F, D7 b" M
【控制IC】CR6249
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CR6249：高精度CC/CV原边检测PWM开关9 M* n( r/ B# ~7 C( l
) t5 c* c0 L+ Y/ \8 q Q3 d产品概述! D5 x* n8 I0 Y, X6 Y, g6 L. t
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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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3 u$ Y4 o$ W' {! ~8 ~1 y& jCR6249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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- G# z' r) X5 y7 |, n主要特点. r% H- J! c7 s2 L1 w+ O! X
$ ?' x! D& t& t( T* [/ k) I! K● 待机功耗低于75mW
0 |- q2 T+ I X● 原边检测拓扑结构，无需光耦和TL4312 E2 s$ L: r& K1 u
● 全电压范围内高精度恒压和恒流输出' ]" R K- _4 v0 S: q4 ?
● 可编程CC/CV模式控制
" f- w. T- `, a6 p: W: X● 采用多模式控制的效率均衡技术! ?0 \4 V, H5 T8 G$ g
● 高能效QR控制模式% a% F0 G# }6 j0 w; ?- x
● 内置输出线电压补偿功能
' |* g/ M% V. {" i8 F: m● 内置初级电感量偏差补偿功能
/ z- N% i) `. a- X) \" Z; k% ~4 P+ U● 内置全电压功率自适应补偿功能# c$ j" B x2 J5 o) l
● 动态负载响应功能
2 J. ]0 n' _! R+ _; U. |● 内置过温度保护功能: u3 T: Z% w4 y% ~
● 内置输出短路保护功能$ y% U7 ]% i. G- W+ Q
● 内置前沿消隐
, t/ U n/ p6 v* @● 启动电流和工作电流低8 a' R- @* W D9 K
● VDD端过压保护和钳位保护" y: d0 L% q) @
● 逐周期过流保护. A% _. X! B" O. k" F, X
● 内置输出整流二极管短路保护8 L; P: N' A) O3 p1 A" J
● 内置输出过压保护功能9 C' y9 z9 r4 X2 |4 [' L, e
● 内置所有PIN脚悬空保护功能& C9 Q, @" o7 m- J4 r0 T; ?
● DIP-8L绿色封装
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K7 p" v/ t% a& i+ t0 K基本应用
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● 小功率电源适配器
* t# i0 o% W7 M5 P7 W1 x& q2 v● 蜂窝电话充电器" t ?' R- _, f6 K
● 数码电源充电器- S8 O) q0 e1 e. H* h9 u8 H
● 电脑和服务器辅助电源 D5 T0 ^0 g! ?8 ^8 E: a
● 替代线性调整器和RCC* `2 ]" L1 p/ p0 d
) e* d5 ^9 } g9 \+ o7 T典型应用1 _) J7 q2 H3 e; Z& G f5 {9 L
* K9 h% R0 H( g" T% _+ [引脚分布3 D1 X7 n8 i, p7 g
+ C6 @: Q. H) k引脚描述
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4 Z' V" J' F) t0 W2 X. N, x/ n+ ]+ c6 q* o, [2 Z0 E
【问题描述】! `9 w/ E) b+ l: M5 U0 O) x
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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。- p9 }, u+ ?5 k* [2 S U) p
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【解决思路】5 u& p0 p& [7 D* L4 M1 o
3 A' [: ^2 b% F# F$ w% `3 n! p1、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。& W8 F; a/ C y1 F1 l. z
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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。0 |0 e( z/ k- C' ~- I2 _ m
7 i4 I" v" `" I# j* w4、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。/ g3 }% N9 B& A
( }( J i# H: y0 d7 Y0 F7 V! }; u1 Q5、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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" h$ K( Z! ]8 ~8 Y" G [3 u6、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。
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/ j' d6 w# I, y- 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%。
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5 O- Y8 |" p1 h【最终结果】! g, P% g0 U' t
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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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