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标题: 提高电源适配器效率，满足六级能效的几个小秘诀 (附案例) [打印本页]
作者: 思睿达小妹妹 时间: 2023-8-8 11:42
标题: 提高电源适配器效率，满足六级能效的几个小秘诀 (附案例)
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
5 \$ v9 Y# C) T, J* `
* B; {3 t& q) p0 o8 _8 z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。' c C. M& i) J# X3 y$ K) Y
4 _0 C7 ]1 h" D% u u/ Q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 \9 N2 N1 n1 E* p: U7 l7 v
" o( F/ j5 W- C
以下为测试样机图片：( m+ f+ N3 J: c, Y- e7 y- c7 W
2 n3 J( ?" x$ {0 k4 @' X
[attach]47840[/attach]
, B8 D$ g' d6 _* q c' P[attach]47841[/attach]
CR6249样机图片
0 w" ^1 O) b+ I8 t; ~2 R& G
【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
: v3 @& H" G% K; ~% ~0 o$ N【规格】12V1.5A
) V4 G% i: x6 u0 n- l1 k' L【控制IC】CR6249
8 t% r. @4 t9 T0 {/ _& j, ~
7 ~9 h1 l7 ]9 Q) sCR6249：高精度CC/CV原边检测PWM开关
& [2 B f; J6 P, Q* G# l: E6 V! E8 c0 T1 g8 q: N& g
产品概述
3 s) ^7 r ~& u2 F- E8 ^
8 W& Q, {. M7 {8 n& M% m. HCR6249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。2 `" ~- c$ v: A4 x
& Q+ e3 Q9 u+ r1 U3 v; x) G" ZCR6249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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! [7 p! k" m8 ?* D4 @8 c7 l3 K1 h9 A主要特点
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● 待机功耗低于75mW
" b3 P% ^% i% L● 原边检测拓扑结构，无需光耦和TL431$ A1 l/ k1 g) r) p: e3 p
● 全电压范围内高精度恒压和恒流输出* s* M. E# j! R' I2 q
● 可编程CC/CV模式控制
! p. V' Z- X& q- [% \● 采用多模式控制的效率均衡技术) \) T7 T! j! }5 W
● 高能效QR控制模式 p! o \: ?' d/ ~* B
● 内置输出线电压补偿功能
* G. l) K$ y( h; Z9 p0 H● 内置初级电感量偏差补偿功能* i- g h+ o$ k$ C$ O' E! J
● 内置全电压功率自适应补偿功能
( A& _+ x2 g; W o! N8 L● 动态负载响应功能6 b; {6 t* W: i
● 内置过温度保护功能- T. P$ I# g7 k0 t; w
● 内置输出短路保护功能4 S' U& J$ o5 N" S; W
● 内置前沿消隐# O4 C/ ~! y& z: Y1 x
● 启动电流和工作电流低
! T( z9 F9 f0 i& `; |● VDD端过压保护和钳位保护& ^7 v$ r1 f: ~
● 逐周期过流保护
7 K" @ r+ z; v● 内置输出整流二极管短路保护" l+ T0 R. h3 G+ d
● 内置输出过压保护功能
3 c( N n& M4 N● 内置所有PIN脚悬空保护功能
. i; z; ^# O) o& r5 f● DIP-8L绿色封装4 {( Z5 f4 D6 P
1 Q( W* c V+ Q% h8 [
基本应用
' O$ S) v: |" X Z" K' y6 r" P5 Z4 a- |8 T
● 小功率电源适配器5 q- B; ~1 J6 A9 j. K/ m
● 蜂窝电话充电器+ y# j. ^! {- C6 i
● 数码电源充电器
7 Q8 N5 i6 J1 g● 电脑和服务器辅助电源' R# q& \' g1 P- d, [, X
● 替代线性调整器和RCC: f* ]4 B0 f6 Q k1 E& F
7 b" D b: H5 Q6 A2 y6 X典型应用. S. q, R7 f: j9 }
% d1 ~. u$ i. i[attach]47842[/attach]
引脚分布+ \ q+ M* e" W! E$ \/ i6 W
[attach]47843[/attach]
3 h8 @+ [* F. j7 p- ^引脚描述
0 J l3 u- F/ C, |; Y8 l' P7 I5 v. Z, C6 ?+ ?4 P, W( L) C! i: u
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0 S/ G, O, b: @. b& h+ N. H
【问题描述】2 F' a8 n" E1 ?
1 h- D: u! S+ A, [7 X" F! U. c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。
p, y$ G) v! S, G0 w, f) {
6 ^) h! z7 `% s. L[attach]47845[/attach]
% Z6 Y& J, c2 a5 f3 B: p9 v/ Y, z
【解决思路】
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2 x4 j' c7 ^- \2 H7 k9 u1、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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1 a/ _ T7 [9 B4 J( w+ 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。% N( ?5 w$ {9 V
; D" @9 h3 x, [# M( i1 p3、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。+ V2 @. j) } E d
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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。9 Y7 O$ k& ^. s3 g0 `
" @* J7 B8 O; \+ F5 I5、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 {+ O) P* b& [1 x1 R
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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。8 n$ f& M5 `& v' q; U- M T
' [5 r& b) \: \【调通要点】
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1 a4 ]% |2 b5 i- X[attach]47847[/attach]
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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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6 u: S, U1 K$ I* h2 B- f& w[attach]47848[/attach]
: P) y0 A8 I5 g& A3 Z! v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%。( a4 N7 |3 p( {+ z* J
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【最终结果】
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) T( A* }$ m! L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 V) I6 ~" @* S; j6 d0 `; a/ x1 R* t |) e$ m f7 j' ?; ?
[attach]47849[/attach]
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