提高電源適配器效率，滿足六級能效的幾個小秘訣 (附案例)

作者：屈工有話說

隨著能源危機的逐漸加劇，能源效率的提高成為了當(dāng)今社會發(fā)展的重要方向。為了推動能源的節(jié)約利用和環(huán)境保護(hù)，各國紛紛制定了相應(yīng)的能效標(biāo)準(zhǔn)。六級能效標(biāo)準(zhǔn)作為我國目前最高的能效標(biāo)準(zhǔn)之一，對于能源的有效利用起到了重要的引導(dǎo)作用。當(dāng)然，對外置電源（如電源適配器、開關(guān)電源、充電器等）的要求也越來越高。對于一些廠商來說，既充滿機遇也充滿挑戰(zhàn)。

本文以12V1.5A電源適配器為例，分享如何提高平均效率來滿足六級能效標(biāo)準(zhǔn)的解決思路。

以下為測試樣機圖片：

【應(yīng)用】電腦和服務(wù)器輔助電源/數(shù)碼電源充電器/替代線性調(diào)整器和RCC

【規(guī)格】12V1.5A

【控制IC】CR6249

CR6249：高精度CC/CV原邊檢測PWM開關(guān)

產(chǎn)品概述

CR6249是一款高性能原邊檢測控制的PWM開關(guān)，待機功耗小于75mW。CR6249內(nèi)部采用了多模式控制的效率均衡技術(shù)，用于優(yōu)化芯片系統(tǒng)待機功耗。QR控制模式提升效率，同時采用了初級電感量補償技術(shù)和內(nèi)部集成的輸出線電壓補償技術(shù)，保證了芯片在批量生產(chǎn)過程中CC/CV輸出精度，內(nèi)置的全電壓功率自適應(yīng)補償技術(shù)保證了系統(tǒng)在全電壓范圍（90V~264V）內(nèi)輸出恒定的功率。

CR6249集成了多種功能和保護(hù)特性，包括欠壓鎖定（UVLO），VDD過壓保護(hù)（OVP），軟啟動，過溫保護(hù)（OTP），逐周期電流限制（OCP），CS引腳懸空保護(hù)，輸出短路保護(hù)，內(nèi)置前沿消隱電路，輸出整流二極管短路保護(hù)電路，輸出過壓保護(hù)電路。而且內(nèi)置所有PIN腳懸空保護(hù)功能，使得芯片具有更高的可靠性。

主要特點

●待機功耗低于75mW

●原邊檢測拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，無需光耦和TL431

●全電壓范圍內(nèi)高精度恒壓和恒流輸出

●可編程CC/CV模式控制

●采用多模式控制的效率均衡技術(shù)

●高能效QR控制模式

●內(nèi)置輸出線電壓補償功能

●內(nèi)置初級電感量偏差補償功能

●內(nèi)置全電壓功率自適應(yīng)補償功能

●動態(tài)負(fù)載響應(yīng)功能

●內(nèi)置過溫度保護(hù)功能

●內(nèi)置輸出短路保護(hù)功能

●內(nèi)置前沿消隱

●啟動電流和工作電流低

●VDD端過壓保護(hù)和鉗位保護(hù)

●逐周期過流保護(hù)

●內(nèi)置輸出整流二極管短路保護(hù)

●內(nèi)置輸出過壓保護(hù)功能

●內(nèi)置所有PIN腳懸空保護(hù)功能

●DIP-8L綠色封裝

基本應(yīng)用

●小功率電源適配器

●蜂窩電話充電器

●數(shù)碼電源充電器

●電腦和服務(wù)器輔助電源

●替代線性調(diào)整器和RCC

典型應(yīng)用

引腳分布

引腳描述

【問題描述】

如下圖所示，高低壓平均效率只有84.64%左右，而六級能效需要85%的效率，未能滿足六級能效。

【解決思路】

1、選擇高效的功率開關(guān)器件：合理選擇低導(dǎo)通和開關(guān)損耗的功率開關(guān)器件，如MOSFET或IGBT。這些器件應(yīng)具有快速的開關(guān)速度和低導(dǎo)通電阻，以減少能量損耗。

2、合適的開關(guān)頻率：選擇適當(dāng)?shù)拈_關(guān)頻率可以平衡開關(guān)損耗和輸出濾波器尺寸。較高的開關(guān)頻率可以減小開關(guān)器件的開關(guān)損耗，但也可能增加輸出濾波器的尺寸和成本。因此，需要在效率和成本之間進(jìn)行權(quán)衡。

3、優(yōu)化反激變壓器設(shè)計：反激變壓器是反激開關(guān)電源中的關(guān)鍵元件，合理設(shè)計和選用變壓器可以提高電源的效率。通過減小變壓器的漏感、減小銅損耗和磁芯損耗，可以降低能量損耗并提高效率。

4、采用合適的控制策略：選擇合適的控制策略，如當(dāng)前模式控制或電壓模式控制，可以提高電源的動態(tài)響應(yīng)和穩(wěn)定性，從而提高效率。

5、優(yōu)化輸出濾波器設(shè)計：合理設(shè)計輸出濾波器可以減少輸出紋波和濾波器損耗，提高電源的效率。選擇合適的濾波器元件和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，以及進(jìn)行合理的參數(shù)調(diào)節(jié)，可以達(dá)到最佳的濾波效果。

6、高效的輔助電路設(shè)計：包括合理設(shè)計電源輸入濾波電路、啟動電路、過壓保護(hù)電路等，以減少附加能量損耗，提高整個系統(tǒng)的效率。

【調(diào)通要點】

使用示波器抓開關(guān)頻率，發(fā)現(xiàn)頻率只有35KHz偏低。IC本身良好的工作頻率在50KHz左右，于是通過減小OCP到1.8A來提升開關(guān)頻率至45KHz，效率提升了1個多點，達(dá)到86.24%，能滿足六級能效。但由于測試效率為板端，為考慮帶線測試時留有余量，繼續(xù)優(yōu)化效率。

經(jīng)觀察發(fā)現(xiàn)次級輸出電容容值為560uF，而電源負(fù)載為1.5A，容值相對來說偏小，于是嘗試增大輸出電容至820uF，效率提升了0.38%。

【最終結(jié)果】

由于變壓器感量已經(jīng)很大，無法通過變壓器感量提升效率。在考慮成本的情況下，不換大號的IC、不換內(nèi)阻更小的肖特基的情況下，此效率幾乎已達(dá)極限，能夠滿足客戶需求。

關(guān)于思睿達(dá)微電子

思睿達(dá)是專注于ADC、DAC、PoE和DC/DC芯片級解決方案的高科技企業(yè)，目前同步推廣啟臣微全系列產(chǎn)品，希望將啟臣15年在電源行業(yè)這份積淀，這份堅持發(fā)揚光大。思睿達(dá)同時也可以提供芯片級定制服務(wù)。