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1.瑞薩科技在省電節(jié)能領(lǐng)域作出的貢獻(xiàn) 近年來,伴隨著國際節(jié)能運動的日益高漲,在世界范圍內(nèi),針對電子產(chǎn)品的相關(guān)法律､法規(guī)陸續(xù)出臺,其內(nèi)容也在不斷升級｡在這一背景下,作為電器電子產(chǎn)品主要構(gòu)成要素的電源線路顯得尤為重要｡ 為此,長期致力于電源線路控制IC產(chǎn)品推廣省電節(jié)能技術(shù)的瑞薩科技,充分運用企業(yè)作為基礎(chǔ)技術(shù)而保有的模擬技術(shù),推出了眾多節(jié)能的電源用產(chǎn)品,如圖1所示｡ 圖1.瑞薩科技在電源領(lǐng)域的業(yè)務(wù)展開情況 眾所周知,電源線路中實現(xiàn)功率因數(shù)改善(注1)的PFC電路(以下略稱PFC)在實現(xiàn)電能效率方面發(fā)揮著極大作用｡與其他電源產(chǎn)品一樣,瑞薩科技一直在積極推廣PFC電路中所使用的控制IC產(chǎn)品｡比如,從圖2所示的優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的發(fā)展藍(lán)圖中,可以看出控制IC產(chǎn)品的應(yīng)用范圍覆蓋了從FPD-TV到PC電源､再到空調(diào)等眾多白色家電產(chǎn)品｡ 圖2.瑞薩科技的PFC控制IC產(chǎn)品的展開情況 本文介紹的是面向大功率電源的R2A20114系列PFC控制IC,以及作為開關(guān)器件的RJP/RJH60系列IGBT產(chǎn)品｡ 2.R2A20114系列產(chǎn)品化的背景 在空調(diào)､服務(wù)器等運行功率在 1kW(千瓦)以上的大功率產(chǎn)品中,供給的電力必須具有高穩(wěn)定性｡該電源裝置的PFC控制IC,歷來都采用單一方式的連續(xù)模式(注2)產(chǎn)品｡但伴隨著電量的增加､電流的增強,升壓線圈日趨大型化,出現(xiàn)了用于吸收越來越大的開關(guān)噪聲的過濾器也逐步大型化的問題｡為了解決這個問題,PFC控制IC開始呈現(xiàn)出高效率化和低噪聲化的趨勢｡ 近年來,為了解決包括環(huán)保在內(nèi)的種種問題,節(jié)能運動正被積極推進(jìn),其中的一項內(nèi)容,便是實施了以實現(xiàn)服務(wù)器､PC用電源中能源的高效率化､以及促進(jìn)采用高效率電源為目的的CSCI?(注3)､80 PLUS?(注4)等計劃｡與此同時,空調(diào)等家電在開始運行時的高負(fù)荷狀態(tài)下功率變換效率得以提升,在額定負(fù)荷下的功率變換效率提高的要求也在加強｡ 為了應(yīng)對這些要求,瑞薩科技將PFC控制IC的單一方式轉(zhuǎn)變?yōu)榻诲e方式(注5),以推動幾乎所有負(fù)荷領(lǐng)域功率變換效率的提升｡ 瑞薩科技生產(chǎn)的中功率 (1kW以下) PFC控制IC——R2A20112,是世界上首次將臨界模式交錯方式進(jìn)行產(chǎn)品化生產(chǎn)､實現(xiàn)對單一方式產(chǎn)品功率變換效率提高的產(chǎn)品｡同時,輕負(fù)荷､高效率功能搭載品也形成了系列產(chǎn)品,被PC､FPD-TV等很多機器采用｡此外,臨界模式交錯方式PFC控制IC技術(shù),在大功率產(chǎn)品中也得到了靈活運用｡可以提高各種功率變換效率的連續(xù)模式､交錯方式PFC控制IC——R2A20114系列產(chǎn)品已經(jīng)得到推出｡ 3.R2A20114系列的特征 PFC控制IC作為減少在服務(wù)器､數(shù)碼家電等產(chǎn)品中,電源裝置中交流(AC)和直流(DC)交換時因為輸入電壓和輸入電流的波形不同而產(chǎn)生的無效功率和高調(diào)波(注4)的IC,它使輸入電流與輸入電壓具有同樣的波形｡為了達(dá)到節(jié)能同時應(yīng)對國際上對高調(diào)波的限制,近年來該產(chǎn)品被廣泛應(yīng)用在電源裝置中｡ R2A20114系列產(chǎn)品,在促進(jìn)電源裝置進(jìn)一步高效率化､低噪聲化的同時,也可對應(yīng)大功率產(chǎn)品的需求｡ 3-1.致力于電源裝置小型化 R2A20114系列具備以下可使電源裝置整體小型化的特征與功能｡ (1) 通過采用交錯方式,使輸入波紋電流(脈動電流)與瑞薩科技?xì)v來產(chǎn)品相比降低1/4 瑞薩科技在連續(xù)模式PFC控制IC上初次采用交錯方式,實現(xiàn)了超出單一方式的高效率｡交錯方式用于輸入電流的波形成形,成對的兩個升壓電路交互動作,與瑞薩科技?xì)v來的一個升壓電路動作的單一方式產(chǎn)品相比較,輸入波紋電流(脈動電流)可降低1/4｡ 與此同時,電源裝置的輸入過濾器､升壓線圈､輸出入電容器等部件的小型化,也使電源裝置整體實現(xiàn)了小型化與薄型化｡ 例如,在連續(xù)模式單一方式產(chǎn)品中,在需要使用大型升壓線圈的同時還不得不將其固定在安裝線圈的箱體上｡而R2A20114系列產(chǎn)品由于可以使用小型線圈,因此可以直接搭載在電路板上｡從而使控制線圈自身成本和安裝成本都成為可能｡ 同時,由于線圈､電路間的配線可以收藏在電路板內(nèi),因此不僅EMC噪聲得到了降低,電源系統(tǒng)整體工作的穩(wěn)定性也得到了提高｡ (2) 與瑞薩科技?xì)v來產(chǎn)品相比,降低了約6dB的噪聲 如何降低開關(guān)噪聲是處理大功率連續(xù)模式的一大課題｡而在R2A20114系列產(chǎn)品中､由于搭載了開關(guān)頻率的調(diào)制功能,因而使在可變化范圍和頻率的規(guī)格范圍內(nèi)任意設(shè)定開關(guān)頻率成為現(xiàn)實｡與瑞薩科技以前的連續(xù)模式產(chǎn)品相比較,噪聲峰值降低約6dB,為電源線噪聲的降低做出了貢獻(xiàn)｡ (3) 內(nèi)置各種保護(hù)線路 R2A20114系列內(nèi)置如下多種保護(hù)線路｡使電源系統(tǒng)在提高穩(wěn)定性的同時,通過減少零件的點數(shù)使電源裝置趨向簡單,從而降低成本｡ 實現(xiàn)業(yè)界首例內(nèi)置交錯方式下成對的兩個升壓電路的平衡在遭到破壞時輸出錯誤信號的功能｡ 超電流工作持續(xù)一定時間以上時,離合器停止的定時自鎖功能｡ 輸入AC電壓偏低時,停止工作的功能｡ 兩個系統(tǒng)的超電壓線路等｡ 3-2.輕負(fù)荷時的效率提高 R2A20114系列產(chǎn)品可以提高輕負(fù)荷時的效率｡ (1) 通過輕負(fù)荷時的效率提高,實現(xiàn)全負(fù)荷領(lǐng)域的高功率變換效率 R2A20114系列產(chǎn)品具有在不需要大功率的輕負(fù)荷狀態(tài)時停止單方升壓線路的功能(相位落下功能)｡在供給相同電功率的電源線路中,由于交錯方式的電流值是單一方式的一半,開關(guān)器件等可以控制電力損失,因此,在重負(fù)荷領(lǐng)域中,交錯方式在效率方面更為有利｡但是,在輕負(fù)荷領(lǐng)域中,由于開關(guān)器件的電力損失起支配作用,因此它并不能比單一方式更有效率｡相位落下功能在輕負(fù)荷時將它轉(zhuǎn)換成單一方式,可以將上述開關(guān)時的電力損失減半｡由此,交錯方式中輕負(fù)荷時的效率提高問題得以解決,這樣可實現(xiàn)在幾乎所有負(fù)荷領(lǐng)域中功率變換效率的提高｡ 3-3.應(yīng)對大功率用電源 R2A20114系列具備能讓數(shù)個R2A20114系列IC同時運轉(zhuǎn)的功能｡該功能使得大功率用電源很容易實現(xiàn)｡ (1) 通過外部的同期輸入端子,實現(xiàn)數(shù)個R2A20114系列IC的同期并列運轉(zhuǎn) R2A20114系列裝備有接收外部信號控制PFC工作的外部同期輸入端子｡利用這個端子,可以使數(shù)個R2A20114系列IC同期并列運轉(zhuǎn)｡ 也就是說,以R2A20114系列IC､輔助線圈､開關(guān)器件為中心的電源線路,通過利用這個端子來并列運行,使得大功率用電源的實現(xiàn)成為可能｡這一功能可以對零件的標(biāo)準(zhǔn)化､電源的開發(fā)時間及成本的降低做出貢獻(xiàn)｡ 4.產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)整合 圖3的(1)和(2)表示R2A20114系列的PFC電路構(gòu)成｡圖3(1)的開關(guān)器件中使用了IGBT｡ (1) R2A20114 (2) R2A20104 圖3.｢R2A20114系列｣的PFC電路構(gòu)成 4-1.PFC控制IC 在空調(diào)和服務(wù)器等電器中,由于電流控制所需的電流信息檢測器件各不相同,分別對應(yīng)于此的電流控制規(guī)格R2A20114和R2A20104已經(jīng)產(chǎn)品化生產(chǎn)｡R2A20114面向電流控制部分沒有富余空間的空調(diào)等,規(guī)格使用的是并聯(lián)電阻(業(yè)界首次在連續(xù)模式交錯方式的PFC控制IC中搭載并聯(lián)電阻);R2A20104面向功率變換效率已經(jīng)明確規(guī)格化了的服務(wù)器､PC等,規(guī)格使用的是損失較少的變流器｡由此,所有大功率機器都可以應(yīng)對｡ 兩個產(chǎn)品的軟件包都有面組裝軟件包HLQFP-40和SOP-20｡ 4-2.面向大功率電源的IGBT 瑞薩科技正在展開作為面向大功率電源的開關(guān)器件IGBT——RJP/RJH60系列的產(chǎn)品拓展,該產(chǎn)品能以600V的高耐壓值對應(yīng)各種電流值｡設(shè)想它適用于1kW以上的空調(diào)(高級機型)､IH烹調(diào)加熱器､服務(wù)器等的電源｡在這種大功率帶中,與開時的損失觀點相比,對于開關(guān)器件來說,IGBT比MOSFET更為適合｡ 另外,瑞薩科技的IGBT整合了同行業(yè)最高水平的高速開關(guān)產(chǎn)品,與PFC控制IC相組合,可以實現(xiàn)效率良好的大功率用電源｡高速開關(guān)產(chǎn)品的整合如表1所示｡ 表1.瑞薩科技的高速IGBT產(chǎn)品陣容 5.結(jié)束語 本文介紹了連續(xù)模式交錯方式的PFC控制IC——R2A20114系列和IGBT——RJP/RJH60系列產(chǎn)品｡ 今后,瑞薩科技將繼續(xù)通過開發(fā)和推廣適用于各種用途的PFC控制IC及開關(guān)器件產(chǎn)品,為電源線路的省電節(jié)能做出貢獻(xiàn)｡ ■注 記 (注1) 功率因數(shù)改善(PFC:Power Factor Correction): 在交流(AC)轉(zhuǎn)換為直流(DC)等時使用的電容器及輸入型開關(guān)電源中,AC的輸入波形對應(yīng)于電壓的正弦波,電流形成脈沖｡為此,由于輸入電壓和輸入電流的波形差異而產(chǎn)生無效的功率,同時產(chǎn)生高調(diào)波｡功率因數(shù)改善是指為了提高有效功率的比例(功率因數(shù)),通過形成與輸入電壓相同波形的輸入電流波形,改善無效功率和高調(diào)波的產(chǎn)生｡ ·高調(diào)波是指,商用電源中50Hz或60Hz的整數(shù)倍正弦波｡高調(diào)波電流不僅對機器有影響,而且對商用電力線也產(chǎn)生惡劣影響｡因此,根據(jù)國際規(guī)定,各國都將對高調(diào)波電流的限制進(jìn)行法律化｡功率因數(shù)改善是達(dá)到IEC及JIS等標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格中規(guī)定的高調(diào)波電流限制規(guī)定的手段之一｡ (注2) 連續(xù)模式: 在升壓線圈電流重疊的狀態(tài)下,升壓線路開關(guān)的模式｡ (注3) CSCI?(Climate Savers Computing Initiative): 由Intel Corporation和 Google, Inc.設(shè)立的CSCI (通過使用優(yōu)良功率效率的計算機實現(xiàn)環(huán)境保護(hù)的計劃)中,各個行業(yè)､一般消費者､政府､環(huán)保團(tuán)體一致配合,以大幅度提高PC和服務(wù)器的功率效率為目標(biāo)｡ ·Climate Savers? 是國際環(huán)境保護(hù)團(tuán)體WWF的商標(biāo)或注冊商標(biāo)｡ ·Intel､Intel標(biāo)識是Intel Corporation在美國以及其他國家的商標(biāo)｡ ·Climate Savers Computing Initiative的網(wǎng)址: http://www.climatesaverscomputing.org/japan/about/ (注4) 80 PLUS?: 是提高PC､服務(wù)器等的電源裝置的功率變換效率,并且促進(jìn)該電源的認(rèn)證及使用為目的的計劃｡ 負(fù)荷為20%､50%､100%時,功率變換效率必須為80%以上｡ ·80 PLUS的網(wǎng)址: http://www.80plus.org/ (注5) 交錯方式:成對的兩個升壓電路交互工作的方式｡ 在一方的升壓電路的開關(guān)和開關(guān)之間,增補另一方電路的開關(guān)線路｡相對于只有一個升壓電路的單一方式,它可以提高效率,還可以降低輸出入電流的脈沖｡ (注6) 臨界模式: 從檢測出升壓線圈的電流為零開始,升壓電路進(jìn)行開關(guān)的模式｡ * 其他記載的產(chǎn)品名稱､公司名稱､品牌都分別歸屬其所有者｡ |
