同時實現功率因數校正與高效率的AC/DC電源技術
發布時間：2014-12-16 10:29
發布者：designapp
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在電子設備開發中，電源的高效化已經逐年成為重要主題。另外，不僅是面臨電力能源問題的日本，在全世界的發電和輸電相關的電力公司，功率因數校正設備的普及與高效率同樣是重中之重。在此介紹同時實現了設備工作時的功率因數校正與待機時的高效率的AC/DC電源技術。 1.功率因數與功率因數校正電路（PFC） 功率因數是指是否將電力公司生產的電力毫無損耗地輸送到電子設備的數值；效率是指是否將該電力毫無損耗地轉換的數值。當交流電力的電壓與電流的相位差為φ時，按功率因數＝COSφ求得功率因數，當電壓與電流沒有相位差，即正弦波時功率因數為1。 簡單地說，純電阻負載時，電壓與電流波形不發生相位延遲，因此，功率因數為1（圖1）。 [圖1] 功率因數為1時的波形與電路例 但是，在現代電子設備中，開關電源的應用廣泛，為使輸入的交流電壓平滑，一般使用電容器（稱為電容輸入型整流濾波）。通過這種濾波用電容負載，只有在比濾波電容電壓還高時輸入交流電壓才會流過，因此導通角變小，電流波形成為含有高頻成分的非正弦波電流（圖2）。 [圖2] 高頻電流時的波形和電路例 因此，即使消耗了相同功率，在電源側也會流過瞬時大電流（比如功率因數為0.5時，與功率因數為1時相比，峰值電流高達2倍），電力公司針對這種含有高頻成分的非正弦波電流，花費了額外發電和設備損壞事故的對策用的巨大費用。 為防止這些問題的發生，世界各國對特定功率以上的設備實行高頻電流限制，并反映在各國的國內法規及執行上。滿足這些限制的手段之一是利用功率因數校正電路（PFC），將輸入電流波形變為接近正弦波，從而抑制高頻電流。 作為這種功率因數校正的手段，一般采用使用了無源元件（電感）的無源方式和使功率元器件開關的有源方式。 無源方式的電路結構簡單，但難以滿足更寬的輸入電壓范圍，小型化也很難。與之相對的有源方式則可滿足更寬的輸入電壓范圍，有利于小型化（圖3）。 [圖3] 功率因數校正前后的電流波形比較 這種有源方式的功率因數校正電路（PFC）從效率的角度看，因自身功耗而導致效率下降。尤其在具有待機模式的現代電子設備中尤為顯著。 2.同時實現功率因數校正電路與高效率 ROHM開發出了同時實現功率因數校正電路與高效率的、內置PFC控制功能的AC/DC轉換器IC（BM1C001F）。本產品搭載了以任意功率開/關功率因數校正電路（PFC）控制器的功能和PFC輸出新控制方式。通過這些技術，不僅大幅降低了待機功耗，而且還有助于滿足國際標準能源之星6.0所規定的水平。另外，通過集成功率因數校正電路（PFC）控制器與準諧振電路（QR）控制器，與以往相比，還可減少20%的零部件數量，有助于實現電源的小型化。 ＜新產品的特點＞ （1）通過搭載PFC控制器ON/OFF設定功能，改善了輕載時的轉換效率，并降低了待機時功耗（圖4） [圖4] PFC控制器ON/OFF設定功能圖 ●監測二次側的負載功率，并針對該功率對PFC控制器進行ON/OFF控制，尤其有助于提升在無需PFC的負載范圍（75W以下）的電源轉換效率。 ●在100W級的電源中使用本IC產品時，使用我公司的評估板，待機功耗在AC100V時為85mW以下，AC230V時為190mW以下，滿足能源之星6.0（美國環境保護署制定）所規定的210mW以下的要求。 （2）利用ROHM獨有的PFC輸出新控制方式，針對世界各國的AC輸入電源均可實現更高效率（圖5） [圖5] PFC輸出新控制方式圖 ●世界各國的AC電源輸入范圍不同，以往的PFC IC的輸出電壓設定是恒定的，因此，當升壓比較大時（例如，AC100V輸入時的PF輸出為400V時等），會導致開關損耗增大，效率降低。本產品通過搭載PFC輸出新控制方式，輸出符合AC輸入電壓的PFC輸出電壓，從而可抑制功率因數校正電路（PFC）的效率降低現象。 例如，100W級的電源中，對AC100V輸入時的效率進行比較，與PFC輸出固定的情況相比，預計轉換效率可提升約2%。 （3）采用有利于高效率、低噪音的準諧振電路 這種方式，由于有助于實現軟開關和低EMI的開關MOSFET和電流檢測電阻為外置方式，因此，電源設計的自由度更高。另外，內置脈沖功能，實現了輕負載高效率。 （4）功率因數校正電路（PFC）控制器與準諧振電路（QR）一體化封裝，使零部件數量大大減少 通過一體化封裝，可減少通用設計部分的零部件數量，與各自獨立的情況相比，零部件數量成功減少約20%。 3.卓越的電源產品開發體制與完善的服務支持體制 在設計電源電路時，并非僅有好的IC即可組成好的電源。要想打造最佳的電源電路，除了IC選型以外，還需要電容、線圈和變壓器繞組設計等無源器件的選型以及PCB底片（Artwork）等眾多設計訣竅。因此，選擇能夠支持其應用設計的制造商與選擇IC同等重要。 ROHM不僅開發并銷售LSI產品，還備有支持客戶設計的專職隊伍�？膳浜嫌脩粢蟮囊幐瘢ㄝ敵鲭妷�、輸出電流等），提供最佳的電源設計方案。 他們將與AC/DC轉換器、DC/DC轉換器以及MOSFET、二極管、電阻等分立元件一起為客戶提供綜合電路設計支持。 |
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