【導(dǎo)讀】六級能效對于一些產(chǎn)商既充滿機遇也充滿挑戰(zhàn)。而對于電源工程師而言，不增加成本就能提高效率無疑是最為理想的。本文中提出了能夠提高開關(guān)電源效率還能節(jié)約成本來滿足DOE VI的方案。
六級能效（DOE VI）解讀
要按規(guī)則辦事，首先就要了解規(guī)則，我們需要對標(biāo)準(zhǔn)有足夠的認(rèn)識。DOE，全稱Department Of Energy，是美國能源部頒布的節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)，主要對象為適配器、充電器等外置式電源。我們可以到其官網(wǎng)來了解其規(guī)則和下載最新的能效要求文件。
圖1：能效要求
圖2：DOE新舊版的平均效率要求曲線圖：（針對單路輸出Vo>=6V的情況，系列1為新版VI要求，系列2為舊版要求
）
圖3：六級能效計算公式
正確測試效率和空載功耗的方法。要注意以下三點：
1)測空載功耗的時候，電源的輸出端不要接負(fù)載(電子負(fù)載會帶來額外的損耗)；
2)測平均效率的時候，功率分析儀的量程要注意調(diào)節(jié)，要設(shè)置在最接近實測值的那個量程；
3)測試效率和空載功耗時的電壓表和電流表接法是不一樣的，見下圖。
圖4：測試效率和空載功耗時的電壓表和電流表接法
以上接法可以滿足大部分情況，但也不絕對。對于一些小功率的電源，如幾W至十幾W的，輸入電流很小，電壓表的分流作用始終占很大的比例，這樣情況下即使測效率也要采用圖B的接法，這一點容易被忽略。針對AC-DC的測試，用萬用表是不行的，因為存在PF的問題，需要用到功率分析儀。如果是DC-DC的話，用萬用表沒有問題。
提升平均效率的方法與降低空載損耗的幾個常用方法
提升平均效率的方法：先看看效率曲線，合理的設(shè)計應(yīng)該是個開口向下的拋物線。
圖5：效率曲線
第一個方法：優(yōu)化變壓器，盡量提高變壓器的感量。這個一般不會增加成本，對平均效率的貢獻大約有0.3%~0.6%，具體能多少基于原來的設(shè)計。但要注意低壓滿載以及跑峰值功率的時候變壓器不要有飽和問題。但很多人都是碰到提升感量后存在變壓器飽和問題就下結(jié)論增加感量行不通。變壓器飽和問題不是一定要通過降感量來解決的，可以采用提升頻率的方式來避免飽和。高壓的時候跑低頻，低壓的時候升頻，這樣即使感量較大，在低壓也可以抑制飽和。這樣也可能會造成低壓升頻的方式需要依賴于IC，可選的不多不夠靈活。那么有沒有辦法不依賴IC，從變壓器下手呢？有沒有一種方法使變壓器的感量在滿載的時候低，在輕載的時候高呢？輕載不用擔(dān)心飽和問題，這對提升輕載效率非常有益。其實就是非線性電感了，如何去實現(xiàn)非線性呢？這就看各家的功力了。對于大部分來說，估計只能做到僅僅提升感量，升頻和非線性電感無法導(dǎo)入。
第二個方法：還是變壓器，用大一號的磁芯。比如空間允許，能用RM7的就不要用RM6。
用大一號的磁芯對平均效率的貢獻約1%~2%，這個提升作用是非常大的。而大一號的磁芯對成本的影響很小或者還有可能下降（這個跟每家的用量和制程能力有關(guān)）。即使用大一號的磁芯會導(dǎo)致成本上升，那也可以通過用便宜的MOS和二極管來平衡回來。這樣下來可以保持總成本不變，而換來零點幾pa的提升。做過小功率的都清楚，即使用很好的MOS和二極管，對平均效率的提升作用也有限，能有個0.5%左右就很不錯了，但成本需要增加較多。
第三個方法：控制IC的選擇，選擇輕載降頻的IC。這個對輕載的效率有好處。像3842之類的無法滿足，在這種應(yīng)用中該淘汰了。設(shè)計的時候有個小技巧，可以設(shè)計滿載剛好跑65K，載輕了馬上降頻。避免滿載、3/4載等多個載都跑65K。
圖6：輕載效率
下面把提升效率的幾個常用方法列出：
提升變壓器感量；變壓器用大一號的磁芯；選擇輕載降頻的IC；增大bus電容，主要是提升低壓輸出時候的平均效率。這個看bus電壓的波動情況，到一定值對效率影響就很有限；減小Cds電容（針對有EMI預(yù)設(shè)計的情況）；優(yōu)化MOS的RCD吸收，一般是減小C增大R；優(yōu)化副邊二極管的吸收，一般是減小C；OCP能在原邊做的就不要在副邊做，減少采樣電阻的損耗；采用Qg小Coss小的MOS，這個不一定會貴，需要多找不同家的對比；對于低壓大電流的情況，需要使用低VF的二極管，同時變壓器的副邊可以考慮采用多股線。這個會增加成本；采用性能更好的MOS和二極管。（此法一般不輕易用，只是作為對策的完整性列出）相信通過上面的調(diào)整設(shè)計，對提升效率到六級能效是沒有問題的。
降低空載損耗的幾個常用方法：
1、IC的選擇，選擇低工作電流的，現(xiàn)在一般是0.5mA左右，同時VCC電壓在滿足供電的前提下盡量低。
2、高壓啟動，啟動后切斷啟動線路的最好。這個在早期一般是外加電路實現(xiàn)的，現(xiàn)在都集成在IC內(nèi)部了，缺點是增加成本和空間。對于小功率的，啟動時間在2~3S內(nèi)的，用普通啟動就可以實現(xiàn)，一般不會采用高壓啟動線路或者IC，出于成本和空間的考慮。
3、現(xiàn)在的IC，空載都是跑burst，降低burst的個數(shù)和頻率。
4、降低驅(qū)動損耗，選擇低Qg的MOS。
5、降低變壓器的寄生電容。
6、關(guān)于RCD，這里要說明一下，合理的設(shè)計，RCD電路對空載損耗的影響幾乎可以忽略不計。實測有沒有RCD的差異在2mW左右。
7、副邊線路的優(yōu)化（此部分優(yōu)化前后可以有20mW~30mW的差異，影響很大。詳見下圖）：
圖7：副邊線路的優(yōu)化
B、在滿足穩(wěn)定的條件下，盡量提升R1、R2的值；
C、431的選型，有高低工作電流之分，典型的為1mA，也有0.5mA甚至更低。選擇低工作電流的損耗低，但成本會上升，而且抗干擾能力降低，需要折中考慮；
D、選擇了低工作電流的431后，可以將R3加大，甚至取消。
其實，對于降低空載損耗，最主要的算以上的第二條和第七條。在副邊線路已優(yōu)化的情況下，如果還要進一步降低損耗，比如30mW、10mW甚至更低的要求，此時主要看IC的解決方案，外圍電路再優(yōu)化也無濟于事。
相關(guān)閱讀：
經(jīng)驗設(shè)計：低成本開關(guān)電源也能擁有高效率
新手進階必備：開關(guān)電源假負(fù)載的種種問題
在開關(guān)電源中，如何用假負(fù)載檢修電路？
