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功率因數校正和高效率兼顧的AC/DC轉換器控制技術

功率因數校正與高效率兼顧的
兩種新控制方式

Keyword
  • 準諧振方式
  • 自激返馳型轉換器
  • 利用PFC的ON/OFF功能提高效率
  • 新控制方式
  • Energy Star6.0
  • 高效率、低雜訊的準諧振電路
  • 緩開關
  • 設計靈活性更高
  • 零件數量減少約20%
  • AC電源供應器的進一步小型化
  • 提供設計支援的專屬隊伍

-據瞭解,BM1C101F當初的研發目標是利用PFC控制器的ON/OFF功能以及開關PFC輸出電壓這一新控制方式,同時實現功率因數的改善與高效率,那麼,首先請您介紹一下“可使內建PFC控制器在設定的功率ON/OFF”這一功能。

首先,為了讓大家對作為電源的電路有一個認識,我們先來看一下這個應用電路範例。轉換電路採用準諧振方式,是利用變壓器一次線圈的電感和諧振電容的電壓諧振的自激返馳型轉換器。使PFC執行ON/OFF的功率設定是該電路的關鍵點之一。功率設定利用了對QR_CS引腳的電流限制器電平的檢測,通過與P_OFFSET引腳電阻之間的權衡即可輕鬆設定。

這種利用PFC的ON/OFF功能提高效率的原理比較簡單,是通過在輕載時和待機時停止PFC的開關動作,來減少PFC電路的功耗,從而將對效率下降的影響控制在最低的一種方法。尤其是在不需要PFC的負載範圍,比如在歐洲只要設定為75W以下OFF,即可提高電源效率。

-效率提升有望達到什麼程度呢?

電路不同,每個案例的效率提升量也各不相同,在這裡舉個例子,請看100W級電源評估的效率曲線圖。很明顯,輕載時的效率也很高。在待機功耗的評估範例中,AC100V時達到85mW以下、AC230V時達到190mW以下,滿足Energy Star6.0標準210mW以下的要求。

-接下來,請介紹一下另一個特點—“可開關PFC輸出的新控制方式”是怎樣的控制方式。

眾所周知,不同國家的AC電源電壓也是不同的。相應的通用電源可以支援很寬的輸入電壓範圍,但傳統的PFC控制器的輸出電壓是固定的。因此,比如PFC輸出電壓為400V、輸入AC電源為230V和100V時,由於100V輸入時的“升壓比”較高,導致開關損耗增加,效率下降。BM1C101F的新控制方式通過將PFC的輸出電壓自動開關為適合AC輸入電壓的電壓,來有效防止效率下降。右圖為根據輸入電壓來開關PFC輸出電壓的示意圖。

-利用該功能,效率可提高多少呢?

在100W級的電源中,AC100V輸入時的效率與PFC輸出固定時相比,效率可改善2%左右。

右圖為效率比較資料範例。這是利用該功能,成功突破了傳統無法滿足的Energy Star6.0標準要求的範例。

-還有其他特點嗎?

作為電源用IC,BM1C101F採用了高效率、低雜訊的準諧振電路。這種控制方式的特點是利用緩開關來降低EMI。另外,PFM工作配有突衝模式,在輕載時也可保持高效率。不僅如此,還內建有近年來的電源控制IC應該具備的幾乎所有保護功能。此外,屬於控制器型IC,所以MOSFET採用外接方式,還具有設計靈活性更高的特點。

還有一個重要的特點,即集成了PFC控制器和準諧振控制器,可減少通用設計部分的零件數量,與單獨進行電路設計時相比,零件數量可減少約20%,有助於產品的進一步小型化。在以大型液晶電視為代表的100W級裝置中,電源供應器因其有利於縮短設計和評估週期、減少工時、提高修理的便利性等而越來越得以普及。與傳統單獨使用電源IC和PFC控制器的電路結構相比,零件數量更少,這種解決方案使AC電源供應器進一步小型化成為可能。

-剛才我們看到的電路中,好像需要變壓器和絕緣零件。在這些零件的選型和電路設計等方面,ROHM是否能夠提供支援呢?

毋庸置疑,要設計出最佳的電源電路,不僅需要理想的IC選型,還需要最佳的週邊零件和PCB佈局。ROHM專門配置了支援從IC的研發到銷售、乃至支援客戶設計的專屬隊伍。可以為客戶提供各種解決方案和服務支援,歡迎隨時聯絡和諮詢。

-最後請您總結一下,謝謝。

此次以集成PFC控制器和準諧振控制器的AC/DC轉換器用控制IC之一“BM1C101F”為例,介紹了採用功率因數校正電路是可以保持待機時的高效率的。BM1C101F內建可使PFC控制器在設定功率ON/OFF的功能、和新控制方式(將PFC的輸出電壓自動開關為適合AC輸入電壓的電壓),同時實現了功率因數校正和輕載時的高效率。這不僅可滿足全球性高頻電流法規的要求,還滿足Energy Star6.0等標準的要求。不僅如此,還可減少約20%的零件數量,非常有助於比如100W級AC電源供應器的小型化。

功率因數改善和高效率兼顧的AC/DC轉換器控制技術 Part 1

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