同时实现功率因数改善与高效率的ROHM最新AC/DC电源技术

2014-03-18 14:36:06 来源:http://ic.big-bit.com/|3 作者:罗姆半导体 点击:1116

1. 功率因数与功率因数改善电路(PFC:Power factor correction)

功率因数是指是否将电力公司生产的电力毫无损耗地输送到电子设备的数值;效率是指是否将该电力毫无损耗地

转换的数值。当交流电力的电压与电流的相位差为φ时,按功率因数=COSφ求得功率因数,当电压与电流没有相位差,即正弦波时功率因数为1。

简单地说,单纯的电阻负载时,电压与电流波形不发生相位延迟,因此,功率因数为1(图1)。

[图1] 功率因数为1时的波形与电路例

但是,在现代电子设备中,开关电源的应用广泛,为使输入的交流电压平滑,一般使用电容器(称为电容输入型整流滤波)。通过这种滤波用电容负载,只有在比滤波电容电压还高时输入交流电压才会流过,因此导通角变小,电流波形成为含有高频成分的非正弦波电流(图2)。

 

 

[图2] 高频电流时的波形和电路例

因此,即使消耗了相同功率,在电源侧也会流过瞬时大电流(比如功率因数为0.5时,与功率因数为1时相比,峰值电流高达2倍),电力公司针对这种含有高频成分的非正弦波电流,花费了额外发电和设备损坏事故的对策用的巨大费用。

为防止这些问题的发生,世界各国对特定功率以上的设备实行高频电流限制,并反映在各国的国内法规及执行上。满足这些限制的手段之一是利用功率因数改善电路(PFC),将输入电流波形变为接近正弦波,从而抑制高频电流。

作为这种功率因数改善的手段,一般采用使用了无源元件(电感)的无源方式和使功率元器件开关的有源方式。

无源方式的电路结构简单,但难以满足更宽的输入电压范围,小型化也很难。与之相对的有源方式则可满足更宽的输入电压范围,有利于小型化(图3)。

 

 

[图3] 功率因数改善前后的电流波形比较

这种有源方式的功率因数改善电路(PFC)从效率的角度看,因自身功耗而导致效率下降。尤其在具有待机模式的现代电子设备中尤为显著。

2. 同时实现功率因数改善电路与高效率

ROHM开发出了同时实现功率因数改善电路与高效率的、内置PFC控制功能的AC/DC转换器IC(BM1C001F)。本产品搭载了以任意功率开/关功率因数改善电路(PFC)控制器的功能和PFC输出新控制方式。通过这些技术,不仅大幅降低了待机功耗,而且还有助于满足国际标准能源之星6.0所规定的水平。另外,通过集成功率因数改善电路(PFC)控制器与准谐振电路(QR)控制器,与以往相比,还可减少20%的零部件数量,有助于实现电源的小型化。

<新产品的特点>

(1)通过搭载PFC控制器ON/OFF设定功能,改善了轻负载时的转换效率,并降低了待机时功耗(图4)

[图4] PFC控制器ON/OFF设定功能图
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・监测二次侧的负载功率,并针对该功率对PFC控制器进行ON/OFF控制,尤其有助于提升在无需PFC的负载范围

(75W以下)的电源转换效率。

・在100W级的电源中使用本IC产品时,使用我公司的评估板,待机功耗在AC100V时为85mW以下,AC230V时为190mW以下,满足能源之星6.0(美国环境保护署制定)所规定的210mW以下的要求。

(2)利用ROHM独有的PFC输出新控制方式,针对世界各国的AC输入电源均可实现更高效率(图5)

 

 

[图5] PFC输出新控制方式图

・世界各国的AC电源输入范围不同,以往的PFC IC的输出电压设定是恒定的,因此,当升压比较大时(例如,AC100V输入时的PF输出为400V时等),会导致开关损耗增大,效率降低。本产品通过搭载PFC输出新控制方式,输出符合AC输入电压的PFC输出电压,从而可抑制功率因数改善电路(PFC)的效率降低现象。

例如,100W级的电源中,队AC100V输入时的效率进行比较,与PFC输出固定的情况相比,预计转换效率可提升约2%。

(3)采用有利于高效率、低噪音的准谐振电路

这种方式,由于有助于实现软开关和低EMI的开关MOSFET和电流检测电阻为外置方式,因此,电源设计的自由度更高。另外,内置脉冲功能,实现了轻负载高效率。

(4)功率因数改善电路(PFC)控制器与准谐振电路(QR)一体化封装,使零部件数量大大减少

通过一体化封装,可减少通用设计部分的零部件数量,与各自独立的情况相比,零部件数量成功减少约20%。

3. 卓越的电源产品开发体制与完善的服务支持体制

在设计电源电路时,并非仅有好的IC即可组成好的电源。要想打造最佳的电源电路,除了IC选型以外,还需要电

容、线圈和变压器绕组设计等无源器件的选型以及PCB底片(Artwork)等众多设计诀窍。因此,选择能够支持其应用设计的制造商与选择IC同等重要。

ROHM不仅开发并销售LSI产品,还备有支持客户设计的专职队伍。可配合用户要求的规格(输出电压、输出电流等),提供最佳的电源设计方案。

他们将与AC/DC转换器、DC/DC转换器以及MOSFET、二极管、电阻等分立元件一起为客户提供综合电路设计支持。

【关于罗姆(ROHM)】

罗姆(ROHM)是全球著名半导体厂商之一,创立于1958年,是总部位于日本京都市的跨国集团公司。"品质第一"是罗姆的一贯方针。我们始终将产品质量放在第一位。无论遇到多大的困难,都将为国内外用户源源不断地提供大量优质产品,并为文化的进步与提高作出贡献。

历经半个多世纪的发展,罗姆的生产、销售、研发网络遍及世界各地。产品涉及多个领域,其中包括IC、分立元器件、光学元器件、无源元件、模块、半导体应用产品以及医疗器具。在世界电子行业中,罗姆的众多高品质产品得到了市场的许可和赞许,成为系统IC和最新半导体技术方面首屈一指的主导企业。

罗姆十分重视中国市场,已陆续在全国设立多家代表机构,在大连和天津先后开设工厂,并在上海和深圳都设有设计中心和品质保证中心,提供技术和品质支持。

【关于罗姆(ROHM)在中国的业务发展】

作为在中国市场的销售网点,最早于1974年成立了罗姆半导体香港有限公司。随后,在1999年成立了罗姆半导体(上海)有限公司,2003年成立了罗姆半导体贸易(大连)有限公司,2006年成立了罗姆半导体(深圳)有限公司。为了迅速且准确应对不断扩大的中国市场的要求,罗姆在中国构建了与罗姆日本同样的集开发、销售、制造于一体的一条龙体制。作为罗姆的特色,积极开展“密切贴近客户”的销售活动,力求向客户提供周到的服务。继2010年下半年至今增设西安、成都、重庆、武汉、长春等5家内陆地区的分公司以来,目前在全国共设有21处销售网点,其中包括香港、上海、大连、深圳这4家销售公司以及其17家分公司(分公司:北京、天津、青岛、长春、南京、合肥、苏州、杭州、宁波、西安、武汉、东莞、广州、厦门、珠海、成都、重庆)。并且,正在逐步扩大分销网络。

作为技术基地,在上海和深圳设有设计中心和QA中心,提供技术和品质支持。设计中心配备精通各类市场的开发和设计支持人员, 可以从软件到硬件以综合解决方案的形式,针对客户需求进行技术提案。并且,当产品发生不良情况时,QA中心会在24小时以内对申诉做出答复。

作为生产基地,1993年在天津(罗姆半导体(中国)有限公司)和大连(罗姆电子大连有限公司)分别建立了生产工厂。在天津进行二极管、LED、激光二极管、LED显示器、光传感器的生产、在大连进行电源模块、热敏打印头、接触式图像传感头、图片链接模块、LED照明模块、光传感器、LED显示器的生产,作为罗姆的主力生产基地,源源不断地向中国国内外提供高品质产品。

此外,作为社会贡献活动中的一环,罗姆还致力于与国内外众多研究机关和企业加强合作,积极推进产学研联合的研发活动。2006年与清华大学签订了产学联合框架协议,积极地展开关于电子元器件最尖端技术开发的产学联合。2008年,在清华大学内捐资建设“清华罗姆电子工程馆”,并已于2011年4月竣工。2012年,在清华大学设立了“清华-罗姆联合研究中心”,从事“微能量装置、硅发光体、生物传感器、中国数字广播(解调器)”等联合研究项目。除清华大学之外,罗姆还与西安交通大学、电子科技大学、浙江大学和同济大学等高校进行产学合作,不断结出丰硕成果。

罗姆将以长年不断积累起来的技术力量和高品质以及可靠性为基础,通过集开发、生产、销售为一体的扎实的技术支持、客户服务体制,与客户构筑坚实的合作关系,作为扎根中国的企业,为提高客户产品实力、客户业务发展以及中国的节能环保事业做出积极贡献。

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