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最新AC/DC電源技術兼具功率因數與高效率

來源: 發布時間:2017-06-20 08:38:28 次瀏覽
  在電子機器開發上,電源的高效率化益形重要。不僅面臨電力能源問題的日本,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。
 
  首先先針對功率因數與功率因數校正電路(Power factor correction;PFC)做簡單的說明。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 有相位差的正弦波時為1。簡單地說,單純的電阻負載由于電壓與電流波形不產生相位延遲,功率因數為1。
 
  不過,現代的電子機器大多用的是交換式電源,使用電容來讓交流電壓平滑化(稱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,電源端由于臨時流過大量的電流(例如功率因數為0.5時,峰值電流與 功率因數1時相比,2倍的電流流過),電力公司須針對含高頻成分的非正弦波電流,采取對策來處理過剩發電及 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施了高頻電流規范,并于各國國內法實施。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型與使用功率元件切換的主動型兩種。被動型的電路組成雖然簡單,但無法因應大范圍輸入電壓、亦難以小型化。而主動型可因應大范圍輸入電壓、亦容易小型化。不過,主動式的功率因數校正電路(PFC),會因本身的功耗造成效率降低。特別是在待機狀態下特別顯著。
 
  功率因數校正電路與高效率的兩全其美
 
  ROHM研發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。透過這些技術,在大幅地降低待機功率的同時,也通過國際規格的Enegy Star6.0標準。此外,透過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,改善輕負載時的轉換效率及降低待機時的功率消耗。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,待機功率以本公司的評估機板可達成AC100V時在85mW以下、AC 230V時190mW以下,符合Energy Star6.0(美國環保署制定)210mW以下的要求。
 
  藉由ROHM獨創的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PF輸出設為400V的情形等,開關損耗變大,導致效率低落。
 
  本產品透過搭載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)的效率低落問題。例如:100W級的電源在AC100V輸入時的效率,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、低雜訊特性優異的準諧振電路。此方式透過軟開關機制,能降低EMI干擾;外接開關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%。
 
  優異的電源產品研發與充實的支持體制
 
  組成電源電路時,僅憑優良的IC并不意味著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、線圈與變壓器卷線設計等被動零件的挑選、PCB工作底片等方面的諸多設計技術也是必須的。因此,與選定IC相同,篩選能夠支持此應用設計的廠商也變得重要。
 
  ROHM不僅研發、銷售IC,也提供了支持客戶的設計所成立的專業團隊。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。
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