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来自工程师的声音

功率因数改善和高效率兼顾的AC/DC转换器控制技术

功率因数改善与高效率兼顾的
两种新控制方式

关键词
  • 准谐振方式
  • 自激式的反激转换器
  • 利用PFC的ON/OFF功能提高效率
  • 新控制方式
  • Energy Star6.0
  • 高效率、低噪声的准谐振电路
  • 软开关
  • 设计灵活性更高
  • 部件数量减少约20%
  • AC适配器的进一步小型化
  • 提供设计支持的专属队伍

-据了解,BM1C101F当初的开发目标是利用PFC控制器的ON/OFF功能以及切换PFC输出电压这一新控制方式,同时实现功率因数的改善与高效率,那么,首先请您介绍一下“可使内置PFC控制器在设置的功率ON/OFF”这一功能。

首先,为了让大家对作为电源的电路有一个认识,我们先来看一下这个应用电路示例。转换电路采用准谐振方式,是利用变压器一次绕组的电感和谐振电容的电压谐振的自激式反激转换器。使PFC执行ON/OFF的功率设置是该电路的关键点之一。功率设置利用了对QR_CS引脚的电流限制器电平的检测,通过与P_OFFSET引脚电阻之间的权衡即可轻松设置。

这种利用PFC的ON/OFF功能提高效率的原理比较简单,是通过在轻负载时和待机时停止PFC的开关动作,来减少PFC电路的功耗,从而将对效率下降的影响控制在最低的一种方法。尤其是在不需要PFC的负载范围,比如在欧洲只要设置为75W以下OFF,即可提高电源效率。

-效率提升有望达到什么程度呢?

电路不同,每个案例的效率提升量也各不相同,在这里举个例子,请看100W级电源评估的效率曲线图。很明显,轻负载时的效率也很高。在待机功耗的评估示例中,AC100V时达到85mW以下、AC230V时达到190mW以下,满足Energy Star6.0标准210mW以下的要求。

-接下来,请介绍一下另一个特点—“可切换PFC输出的新控制方式”是怎样的控制方式。

众所周知,不同国家的AC电源电压也是不同的。相应的通用电源可以支持很宽的输入电压范围,但以往的PFC控制器的输出电压是固定的。因此,比如PFC输出电压为400V、输入AC电源为230V和100V时,由于100V输入时的“升压比”较高,导致开关损耗增加,效率下降。BM1C101F的新控制方式通过将PFC的输出电压自动切换为适合AC输入电压的电压,来有效防止效率下降。右图为根据输入电压来切换PFC输出电压的示意图。

-利用该功能,效率可提高多少呢?

在100W级的电源中,AC100V输入时的效率与PFC输出固定时相比,效率可改善2%左右。

右图为效率比较数据示例。这是利用该功能,成功突破了以往无法满足的Energy Star6.0标准要求的示例。

-还有其他特点吗?

作为电源用IC,BM1C101F采用了高效率、低噪声的准谐振电路。这种控制方式的特点是利用软开关来降低EMI。另外,PFM工作配有猝发模式,在轻负载时也可保持高效率。不仅如此,还内置有近年来的电源控制器IC应该具备的几乎所有保护功能。此外,属于控制器型IC,所以MOSFET采用外置方式,还具有设计灵活性更高的特点。

还有一个重要的特点,即集成了PFC控制器和准谐振控制器,可减少通用设计部分的部件数量,与单独进行电路设计时相比,部件数量可减少约20%,有助于产品的进一步小型化。
在以大型液晶电视为代表的100W级设备中,电源适配器因其有利于缩短设计和评估周期、减少工时、提高修理的便利性等而越来越得以普及。与以往单独使用电源IC和PFC控制器的电路结构相比,部件数量更少,这种解决方案使AC适配器进一步小型化成为可能。

-刚才我们看到的电路中,好像需要变压器和绝缘部件。在这些部件的选型和电路设计等方面,ROHM是否能够提供支持呢?

毋庸置疑,要设计出最佳的电源电路,不仅需要理想的IC选型,还需要最佳的外围部件和PCB布局。ROHM专门配置了支持从IC的开发到销售、乃至支持客户设计的专属队伍。可以为客户提供各种解决方案和服务支持,欢迎随时联络和咨询。

-最后请您总结一下,谢谢。

此次以集成PFC控制器和准谐振控制器的AC/DC转换器用控制器IC之一“BM1C101F”为例,介绍了采用功率因数改善电路是可以保持待机时的高效率的。BM1C101F内置可使PFC控制器在设置功率ON/OFF的功能、和新控制方式(将PFC的输出电压自动切换为适合AC输入电压的电压),同时实现了功率因数改善和轻负载时的高效率。这不仅可满足全球性高频电流法规的要求,还满足Energy Star6.0等标准的要求。不仅如此,还可减少约20%的部件数量,非常有助于比如100W级AC适配器的小型化。

功率因数改善和高效率兼顾的AC/DC转换器控制技术

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