最新AC/DC電源技術(shù)兼具功率因數與高效率

  在電子機器開(kāi)發(fā)上，電源的高效率化益形重要。不僅面臨電力能源問(wèn)題的日本，在全世界的電力公司，功率因數校正機器的推廣及改善日益重要。在此介紹能兼具功率因數校正與待機高效率的AC/DC電源技術(shù)。

 

　　首先先針對功率因數與功率因數校正電路(Power factor correction；PFC)做簡(jiǎn)單的說(shuō)明。所謂功率因數，是指有效 電流占總電流的比例。功率因數將交流電的電壓與電流的相位差定為φ，以功率因數＝COSφ算出，電壓與電流沒(méi) 有相位差的正弦波時(shí)為1。簡(jiǎn)單地說(shuō)，單純的電阻負載由于電壓與電流波形不產(chǎn)生相位延遲，功率因數為1。

 

　　不過(guò)，現代的電子機器大多用的是交換式電源，使用電容來(lái)讓交流電壓平滑化(稱(chēng)為電容輸入型整流平滑)。因使用平滑用電容負載，輸入交流電壓僅在比平滑電容電壓高的狀態(tài)下流通，導通角變小、電流波形成為含高頻成分的非正弦波電流。

 

　　即使消耗相同的功率，電源端由于臨時(shí)流過(guò)大量的電流(例如功率因數為0.5時(shí)，峰值電流與 功率因數1時(shí)相比，2倍的電流流過(guò))，電力公司須針對含高頻成分的非正弦波電流，采取對策來(lái)處理過(guò)剩發(fā)電及 其對于設備的損害，造成成本上揚。

 

　　世界各國針對特定功率以上的機器實(shí)施了高頻電流規范，并于各國國內法實(shí)施。若要符合此規范的方法之一就是使用功率因數校正電路(PFC)，將輸入電流波形趨近于正弦波以抑制高頻電流。

 

　　功率因數校正的方法，主要分為使用電感的被動(dòng)型與使用功率元件切換的主動(dòng)型兩種。被動(dòng)型的電路組成雖然簡(jiǎn)單，但無(wú)法因應大范圍輸入電壓、亦難以小型化。而主動(dòng)型可因應大范圍輸入電壓、亦容易小型化。不過(guò)，主動(dòng)式的功率因數校正電路(PFC)，會(huì )因本身的功耗造成效率降低。特別是在待機狀態(tài)下特別顯著(zhù)。

 

　　功率因數校正電路與高效率的兩全其美

 

　　ROHM研發(fā)了兼具功率因數校正電路及高效率、內建PFC控制功能的AC/DC轉換IC(BM1C001F)，本產(chǎn)品搭載了能以任意功率對PFC控制器ON/OFF的功能與PFC輸出的新控制方式。透過(guò)這些技術(shù)，在大幅地降低待機功率的同時(shí)，也通過(guò)國際規格的Enegy Star6.0標準。此外，透過(guò)將功率因數校正電路(PFC)控制器與準諧振電路(QR)控制器積體化，能比以往削減了20%的外接零件量，有助于電源的小型化。

 

　　新產(chǎn)品有諸多特性：其一，搭載PFC控制器ON/OFF設定功能，改善輕負載時(shí)的轉換效率及降低待機時(shí)的功率消耗。監控次級側的負載功率，依功率高低將PFC控制器ON/OFF，特別在不需要PFC控制的負載范圍(75W以下)，能提升電源轉換效率。

 

　　當使用在100W 級的電源時(shí)，待機功率以本公司的評估機板可達成AC100V時(shí)在85mW以下、AC 230V時(shí)190mW以下，符合Energy Star6.0(美國環(huán)保署制定)210mW以下的要求。

 

　　藉由ROHM獨創(chuàng )的PFC輸出新控制方式，在全球各國AC電源皆能達到高效率轉換。全球的AC電源輸入不同，傳統的PFC IC設計輸出電壓是固定值，升壓比大的情況下，例如：AC100V輸入時(shí)PF輸出設為400V的情形等，開(kāi)關(guān)損耗變大，導致效率低落。

 

　　本產(chǎn)品透過(guò)搭載PFC輸出新控制的方式，藉由輸出配合AC輸入電壓的PFC輸出電壓，抑制了功率因數校正電路(PFC)的效率低落問(wèn)題。例如：100W級的電源在A(yíng)C100V輸入時(shí)的效率，與固定PFC輸出相比，估將改善約2%的轉換效率。

 

　　其二，采用高效率、低雜訊特性?xún)?yōu)異的準諧振電路。此方式透過(guò)軟開(kāi)關(guān)機制，能降低EMI干擾；外接開(kāi)關(guān)MOSFET與電流檢測電阻，提升了電源設計的自由度。此外，還內建了BURST功能，輕負載高效率。其三，利用將功率因數校正電路(PFC)控制器與準諧振電路(QR)的積體化，大幅減少所需外接零件數，與各自獨立的情況相比，成功地削減約20%。

 

　　優(yōu)異的電源產(chǎn)品研發(fā)與充實(shí)的支持體制

 

　　組成電源電路時(shí)，僅憑優(yōu)良的IC并不意味著(zhù)就能建構良好的電源。想要建構最佳的電源電路，除了IC的選定之外，電容、線(xiàn)圈與變壓器卷線(xiàn)設計等被動(dòng)零件的挑選、PCB工作底片等方面的諸多設計技術(shù)也是必須的。因此，與選定IC相同，篩選能夠支持此應用設計的廠(chǎng)商也變得重要。

 

　　ROHM不僅研發(fā)、銷(xiāo)售IC，也提供了支持客戶(hù)的設計所成立的專(zhuān)業(yè)團隊。配合消費者的要求規格(輸出電壓、輸出電流等)提供最佳的電源方案，包含AC/DC轉換器、DC/DC轉換器、還有MOSFET、二極管、電阻等離散元件以及完整的電路設計的支持服務(wù)。