最新AC/DC電源技術(shù)兼具功率因數(shù)與高效率

在電子機(jī)器開發(fā)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(shù)校正機(jī)器的推廣及改善日益重要。在此介紹能兼具功率因數(shù)校正與待機(jī)高效率的AC/DC電源技術(shù)。

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

　　不過，現(xiàn)代的電子機(jī)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(fù)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(dǎo)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)流過大量的電流(例如功率因數(shù)為0.5時(shí)，峰值電流與 功率因數(shù)1時(shí)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(fā)電及 其對于設(shè)備的損害，造成成本上揚(yáng)。

　　世界各國針對特定功率以上的機(jī)器實(shí)施了高頻電流規(guī)范，并于各國國內(nèi)法實(shí)施。若要符合此規(guī)范的方法之一就是使用功率因數(shù)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(shù)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單，但無法因應(yīng)大范圍輸入電壓、亦難以小型化。而主動(dòng)型可因應(yīng)大范圍輸入電壓、亦容易小型化。不過，主動(dòng)式的功率因數(shù)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(jī)狀態(tài)下特別顯著。

　　功率因數(shù)校正電路與高效率的兩全其美

　　ROHM研發(fā)了兼具功率因數(shù)校正電路及高效率、內(nèi)建PFC控制功能的AC/DC轉(zhuǎn)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。透過這些技術(shù)，在大幅地降低待機(jī)功率的同時(shí)，也通過國際規(guī)格的Enegy Star6.0標(biāo)準(zhǔn)。此外，透過將功率因數(shù)校正電路(PFC)控制器與準(zhǔn)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(shè)定功能，改善輕負(fù)載時(shí)的轉(zhuǎn)換效率及降低待機(jī)時(shí)的功率消耗。監(jiān)控次級(jí)側(cè)的負(fù)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(fù)載范圍(75W以下)，能提升電源轉(zhuǎn)換效率。

　　當(dāng)使用在100W 級(jí)的電源時(shí)，待機(jī)功率以本公司的評估機(jī)板可達(dá)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(dú)創(chuàng)的PFC輸出新控制方式，在全球各國AC電源皆能達(dá)到高效率轉(zhuǎn)換。全球的AC電源輸入不同，傳統(tǒng)的PFC IC設(shè)計(jì)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(shè)為400V的情形等，開關(guān)損耗變大，導(dǎo)致效率低落。

　　本產(chǎn)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(shù)校正電路(PFC)的效率低落問題。例如：100W級(jí)的電源在AC100V輸入時(shí)的效率，與固定PFC輸出相比，估將改善約2%的轉(zhuǎn)換效率。

　　其二，采用高效率、低雜訊特性優(yōu)異的準(zhǔn)諧振電路。此方式透過軟開關(guān)機(jī)制，能降低EMI干擾；外接開關(guān)MOSFET與電流檢測電阻，提升了電源設(shè)計(jì)的自由度。此外，還內(nèi)建了BURST功能，輕負(fù)載高效率。其三，利用將功率因數(shù)校正電路(PFC)控制器與準(zhǔn)諧振電路(QR)的積體化，大幅減少所需外接零件數(shù)，與各自獨(dú)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并不意味著就能建構(gòu)良好的電源。想要建構(gòu)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(shè)計(jì)等被動(dòng)零件的挑選、PCB工作底片等方面的諸多設(shè)計(jì)技術(shù)也是必須的。因此，與選定IC相同，篩選能夠支持此應(yīng)用設(shè)計(jì)的廠商也變得重要。

　　ROHM不僅研發(fā)、銷售IC，也提供了支持客戶的設(shè)計(jì)所成立的專業(yè)團(tuán)隊(duì)。配合消費(fèi)者的要求規(guī)格(輸出電壓、輸出電流等)提供最佳的電源方案，包含AC/DC轉(zhuǎn)換器、DC/DC轉(zhuǎn)換器、還有MOSFET、二極管、電阻等離散元件以及完整的電路設(shè)計(jì)的支持服務(wù)。