适配器产品如何满足六级能效byPI郭老师

Rated Output Power (W)
DoE vs CoC, Vo<6V
Hale Waihona Puke Baidu
Minimum Average Efficiency 25/50/75/100% of Rated Power (%)
90.0%
88.0%
86.0%
CoC-LV -Tier 2
84.0%
DoE- LV
82.0%
80.0%
64.0%
62.0%
60.0%
58.0%
56.0%
54.0%
52.0%
50.0%
48.0% 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49
5V/4A例子
提高效率的次要方法
1. 初级用适当大的MOSFET, 次级用大号 肖特基或适当的MOSFET
2. 大号变压器降低线损，三明治绕线降低 漏感
一个典型电源
待机功耗的分类
1. 与开关工作无关的损耗 1）无功电流造成的损耗 2）启动损耗
2. 与开关工作有关的损耗 1) 嵌位电路损耗 2) 供电绕组电容损耗 3) 变压器分布电容引起的损耗 4) MOSFET电容引起的损耗 5) 控制部分的损耗
不同负载下的效率
20.5 W 效率：80.8%
10.8 W 效率：83.7%
6.25 W 效率：85.7%
0.86 W 效率：83.3%
同步整流提高效率
▪ 初级MOS关断后150ns次级同步MOS导通 (DCM 和 CCM)
▪ 次级电流接近于0时同步MOS关闭(DCM) ▪ 初级MOS导通前150 ns 次级同步整流MOS
六级能效及其解决方案 CMG(日月随风)
充电器及适配器的几个能效标准
以前执行能效标准： EPA2.0: 五级能效
新能效标准： DoE IV: 六级能效（DoE =Department of Energy 美国能源部, 2016年强制 执行）
CoC V5: 欧盟CoC节能指令（ CoC =Code of Conduct，Tier1, 2014年生效 ，Tier2,2016年生效，自愿执行）
2
尽量降低空载 时电路的消耗 是问题的本质
此时效率很低
电源IC要有降频功能 才能降低待机功耗
嵌位电路的损耗
由于有电阻存在，每次 开关都会产生损耗
C29电压保持，最高200V，没 有放电回路，没有放电损耗。 R C的主要作用在于降低EMI
嵌位电路的损耗
RCD嵌位能量损耗掉
TVS嵌位，电压保持无损耗
78.0%
76.0%
74.0%
72.0%
70.0%
68.0%
66.0%
64.0%
CoC-LV-Tier 1
62.0%
60.0%
58.0%
56.0%
54.0%
52.0%
50.0%
48.0% 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49
嵌位电路的损耗
尽量让每次开关的能 量送到次级 此处电压达到反射电压 后能量才开始送到次级
供电绕组的损耗
高频电容对降 低损耗有利 IC消耗的电流是一定的， 在保证不触发欠压保护的 前提下尽量降低供电电压
变压器的损耗
由于待机时有效工作频率很低，并且一般限流点很小 ，磁通变化小，磁心损耗很小，对待机影响不大 但绕组的影响不可忽略
输入部分的损耗
脉冲电 流造成T 内阻的 损耗加 大
交流电压造成 R18,19的损耗
无功电流造成 RT的损耗
电流有效值低 T损耗比原来 低
启动损耗
电源工作后此部分 损耗继续存在
恒流启动，启动完 后关闭启动电路
用MOSFET或 JFET效果更好
与开关工作有关的损耗
空载时需要传递的功率
P空载 P损耗 1L2if
• 高负载条件下以固定频率(132 kHz)PWM方式工作
– 变频模式
• 中等负载条件下进行以固定电流限流点(55%)变频方式工作
– 低频模式
• 轻负载条件下以固定频率(30 kHz)PWM方式工作
– 多周期调制
• 待机和空载条件下以固定频率(30 kHz)、固定峰值电流和多周期进 行调制
视频演示
六级能效的挑战： DoE vs EPA2.0 ( 6级 vs 5级)
在线工具：
5V/1A
12V/1A
+0.609
+0.67
六级能效的挑战： DoE vs EPA2.0 ( 6级 vs 5级)
低压大电流电源： Vo<6V, Io>0.55A为低压大电流电源，公式有所不同。
DoE vs CoC , Vo>6V
变压器绕组引起的损耗
层间分布电容
开通时通过 MOS放电
变压器绕组引起的损耗
变压器分布电容 贡献了主要部分
变压器绕组引起的损耗
加胶带降低分布电容
MOSFET损耗
存在驱动损耗、导通损 耗和开关损耗，主要为 开关损耗 选用低栅荷的MOSFET
关闭(CCM)
Primary
current
ON
ON
Secondary current
ON
ON
FB
Inno
VOUT
ON
SR gate voltage
SR ON
SR OFF
SR ON
SR OFF
SR ON SR OFF SR ON SR OFF
Em非连b续方a式r(DgCMo) ed until Nove连m续方式b(CeCMr) 11, 2014
Minimum Average Efficiency 25/50/75/100% of Rated Power (%)
90.0%
88.0%
CoC-STD -Tier 2
86.0% DoE- STD 84.0%
82.0%
80.0%
78.0%
76.0%
74.0%
72.0%
70.0%
68.0%
66.0%
CoC-STD-Tier 1
Rated Output Power (W)
空载功耗
DoE:
CoC:
如何提高平均效率
1.主要方法
1. 随负载减小降低开关频率 2. 次级采用同步整流
2.次要方法
1. 用Ae值更大的变压器 2. 用适当内阻的MOSFET
降频模式提高轻载效率
• 四个分立模式可以在整个负载范围内实现最高效率 – 全频模式