最新AC/DC电源技术兼具功率因数与高效率

  在电子机器开发上，电源的高效率化益形重要。不仅面临电力能源问题的日本，在全世界的电力公司，功率因数校正机器的推广及改善日益重要。在此介绍能兼具功率因数校正与待机高效率的AC/DC电源技术。

 

　　首先先针对功率因数与功率因数校正电路(Power factor correction；PFC)做简单的说明。所谓功率因数，是指有效 电流占总电流的比例。功率因数将交流电的电压与电流的相位差定为φ，以功率因数＝COSφ算出，电压与电流没 有相位差的正弦波时为1。简单地说，单纯的电阻负载由于电压与电流波形不产生相位延迟，功率因数为1。

 

　　不过，现代的电子机器大多用的是交换式电源，使用电容来让交流电压平滑化(称为电容输入型整流平滑)。因使用平滑用电容负载，输入交流电压仅在比平滑电容电压高的状态下流通，导通角变小、电流波形成为含高频成分的非正弦波电流。

 

　　即使消耗相同的功率，电源端由于临时流过大量的电流(例如功率因数为0.5时，峰值电流与 功率因数1时相比，2倍的电流流过)，电力公司须针对含高频成分的非正弦波电流，采取对策来处理过剩发电及 其对于设备的损害，造成成本上扬。

 

　　世界各国针对特定功率以上的机器实施了高频电流规范，并于各国国内法实施。若要符合此规范的方法之一就是使用功率因数校正电路(PFC)，将输入电流波形趋近于正弦波以抑制高频电流。

 

　　功率因数校正的方法，主要分为使用电感的被动型与使用功率元件切换的主动型两种。被动型的电路组成虽然简单，但无法因应大范围输入电压、亦难以小型化。而主动型可因应大范围输入电压、亦容易小型化。不过，主动式的功率因数校正电路(PFC)，会因本身的功耗造成效率降低。特别是在待机状态下特别显著。

 

　　功率因数校正电路与高效率的两全其美

 

　　ROHM研发了兼具功率因数校正电路及高效率、内建PFC控制功能的AC/DC转换IC(BM1C001F)，本产品搭载了能以任意功率对PFC控制器ON/OFF的功能与PFC输出的新控制方式。透过这些技术，在大幅地降低待机功率的同时，也通过国际规格的Enegy Star6.0标准。此外，透过将功率因数校正电路(PFC)控制器与准谐振电路(QR)控制器积体化，能比以往削减了20%的外接零件量，有助于电源的小型化。

 

　　新产品有诸多特性：其一，搭载PFC控制器ON/OFF设定功能，改善轻负载时的转换效率及降低待机时的功率消耗。监控次级侧的负载功率，依功率高低将PFC控制器ON/OFF，特别在不需要PFC控制的负载范围(75W以下)，能提升电源转换效率。

 

　　当使用在100W 级的电源时，待机功率以本公司的评估机板可达成AC100V时在85mW以下、AC 230V时190mW以下，符合Energy Star6.0(美国环保署制定)210mW以下的要求。

 

　　藉由ROHM独创的PFC输出新控制方式，在全球各国AC电源皆能达到高效率转换。全球的AC电源输入不同，传统的PFC IC设计输出电压是固定值，升压比大的情况下，例如：AC100V输入时PF输出设为400V的情形等，开关损耗变大，导致效率低落。

 

　　本产品透过搭载PFC输出新控制的方式，藉由输出配合AC输入电压的PFC输出电压，抑制了功率因数校正电路(PFC)的效率低落问题。例如：100W级的电源在AC100V输入时的效率，与固定PFC输出相比，估将改善约2%的转换效率。

 

　　其二，采用高效率、低杂讯特性优异的准谐振电路。此方式透过软开关机制，能降低EMI干扰；外接开关MOSFET与电流检测电阻，提升了电源设计的自由度。此外，还内建了BURST功能，轻负载高效率。其三，利用将功率因数校正电路(PFC)控制器与准谐振电路(QR)的积体化，大幅减少所需外接零件数，与各自独立的情况相比，成功地削减约20%。

 

　　优异的电源产品研发与充实的支持体制

 

　　组成电源电路时，仅凭优良的IC并不意味著就能建构良好的电源。想要建构最佳的电源电路，除了IC的选定之外，电容、线圈与变压器卷线设计等被动零件的挑选、PCB工作底片等方面的诸多设计技术也是必须的。因此，与选定IC相同，筛选能够支持此应用设计的厂商也变得重要。

 

　　ROHM不仅研发、销售IC，也提供了支持客户的设计所成立的专业团队。配合消费者的要求规格(输出电压、输出电流等)提供最佳的电源方案，包含AC/DC转换器、DC/DC转换器、还有MOSFET、二极管、电阻等离散元件以及完整的电路设计的支持服务。