實現功率因數改善與高效率的最新AC/DC電源技術
發布時間:2014-04-25 責任編輯:mikeliu
【導讀】在zai電dian子zi設she備bei開kai發fa中zhong,電dian源yuan的de高gao效xiao化hua已yi經jing逐zhu年nian成cheng為wei重zhong要yao主zhu題ti。另ling外wai,不bu僅jin是shi麵mian臨lin電dian力li能neng源yuan問wen題ti的de日ri本ben,在zai全quan世shi界jie的de發fa電dian和he輸shu電dian相xiang關guan的de電dian力li公gong司si,功gong率lv因yin數shu改gai善shan設she備bei的de普pu及ji與yu高gao效xiao率lv同tong樣yang是shi重zhong中zhong之zhi重zhong。在zai此ci介jie紹shao同tong時shi實shi現xian了le設she備bei工gong作zuo時shi的de功gong率lv因yin數shu改gai善shan與yu待dai機ji時shi的de高gao效xiao率lv的deAC/DC電源技術。
1.功率因數與功率因數改善電路
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,單純的電阻負載時,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)。tongguozhezhonglvboyongdianrongfuzai,zhiyouzaibilvbodianrongdianyahaigaoshishurujiaoliudianyacaihuiliuguo,yincidaotongjiaobianxiao,dianliuboxingchengweihanyougaopinchengfendefeizhengxianbodianliu(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wei防fang止zhi這zhe些xie問wen題ti的de發fa生sheng,世shi界jie各ge國guo對dui特te定ding功gong率lv以yi上shang的de設she備bei實shi行xing高gao頻pin電dian流liu限xian製zhi,並bing反fan映ying在zai各ge國guo的de國guo內nei法fa規gui及ji執zhi行xing上shang。滿man足zu這zhe些xie限xian製zhi的de手shou段duan之zhi一yi是shi利li用yong功gong率lv因yin數shu改gai善shan電dian路lu(PFC),將輸入電流波形變為接近正弦波,從而抑製高頻電流。
作為這種功率因數改善的手段,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wu源yuan方fang式shi的de電dian路lu結jie構gou簡jian單dan,但dan難nan以yi滿man足zu更geng寬kuan的de輸shu入ru電dian壓ya範fan圍wei,小xiao型xing化hua也ye很hen難nan。與yu之zhi相xiang對dui的de有you源yuan方fang式shi則ze可ke滿man足zu更geng寬kuan的de輸shu入ru電dian壓ya範fan圍wei,有you利li於yu小xiao型xing化hua(圖3)。

圖3:功率因數改善前後的電流波形比較
這種有源方式的功率因數改善電路(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。
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2.同時實現功率因數改善電路與高效率
ROHM開發出了同時實現功率因數改善電路與高效率的、內置PFC控製功能的AC/DC轉換器IC(BM1C001F)。本產品搭載了以任意功率開/關功率因數改善電路(PFC)控製器的功能和PFC輸出新控製方式。通過這些技術,不僅大幅降低了待機功耗,而且還有助於滿足國際標準能源之星6.0所規定的水平。另外,通過集成功率因數改善電路(PFC)控製器與準諧振電路(QR)控製器,與以往相比,還可減少20%的零部件數量,有助於實現電源的小型化。
新產品的特點
(1)通過搭載PFC控製器ON/OFF設定功能,改善了輕負載時的轉換效率,並降低了待機時功耗(圖4)

圖4:PFC控製器ON/OFF設定功能圖
●監測二次側的負載功率,並針對該功率對PFC控製器進行ON/OFF控製,尤其有助於提升在無需PFC的負載範圍(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(美國環境保護署製定)所規定的210mW以下的要求。
(2)利用ROHM獨有的PFC輸出新控製方式,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輸出新控製方式圖
●世界各國的AC電源輸入範圍不同,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輸出新控製方式,輸出符合AC輸入電壓的PFC輸出電壓,從而可抑製功率因數改善電路(PFC)的效率降低現象。
例如,100W級的電源中,隊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)采用有利於高效率、低噪音的準諧振電路
這種方式,由於有助於實現軟開關和低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,內置脈衝功能,實現了輕負載高效率。
(4)功率因數改善電路(PFC)控製器與準諧振電路(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製與完善的服務支持體製
在設計電源電路時,並非僅有好的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製造商與選擇IC同等重要。
ROHM不僅開發並銷售LSI產品,還備有支持客戶設計的專職隊伍。可配合用戶要求的規格(輸出電壓、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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