致力省电节能技术发展，瑞萨的功率因数改善控制IC

1.瑞萨科技在省电节能领域作出的贡献

近年来,伴随着国际节能运动的日益高涨,在世界范围内,针对电子产品的相关法律､法规陆续出台,其内容也在不断升级｡在这一背景下,作为电器电子产品主要构成要素的电源线路显得尤为重要｡  

为此,长期致力于电源线路控制IC产品推广省电节能技术的瑞萨科技,充分运用企业作为基础技术而保有的模拟技术,推出了众多节能的电源用产品,如图1所示｡  



图1.瑞萨科技在电源领域的业务展开情况

众所周知,电源线路中实现功率因数改善(注1)的PFC电路(以下略称PFC)在实现电能效率方面发挥着极大作用｡与其他电源产品一样,瑞萨科技一直在积极推广PFC电路中所使用的控制IC产品｡比如,从图2所示的优化产品结构的发展蓝图中,可以看出控制IC产品的应用范围覆盖了从FPD-TV到PC电源､再到空调等众多白色家电产品｡



图2.瑞萨科技的PFC控制IC产品的展开情况

本文介绍的是面向大功率电源的R2A20114系列PFC控制IC,以及作为开关器件的RJP/RJH60系列IGBT产品｡

2.R2A20114系列产品化的背景

在空调､服务器等运行功率在 1kW(千瓦)以上的大功率产品中,供给的电力必须具有高稳定性｡该电源装置的PFC控制IC,历来都采用单一方式的连续模式(注2)产品｡但伴随着电量的增加､电流的增强,升压线圈日趋大型化,出现了用于吸收越来越大的开关噪声的过滤器也逐步大型化的问题｡为了解决这个问题,PFC控制IC开始呈现出高效率化和低噪声化的趋势｡

近年来,为了解决包括环保在内的种种问题,节能运动正被积极推进,其中的一项内容,便是实施了以实现服务器､PC用电源中能源的高效率化､以及促进采用高效率电源为目的的CSCI?(注3)､80 PLUS?(注4)等计划｡与此同时,空调等家电在开始运行时的高负荷状态下功率变换效率得以提升,在额定负荷下的功率变换效率提高的要求也在加强｡

为了应对这些要求,瑞萨科技将PFC控制IC的单一方式转变为交错方式(注5),以推动几乎所有负荷领域功率变换效率的提升｡

瑞萨科技生产的中功率 (1kW以下) PFC控制IC——R2A20112,是世界上首次将临界模式交错方式进行产品化生产､实现对单一方式产品功率变换效率提高的产品｡同时,轻负荷､高效率功能搭载品也形成了系列产品,被PC､FPD-TV等很多机器采用｡此外,临界模式交错方式PFC控制IC技术,在大功率产品中也得到了灵活运用｡可以提高各种功率变换效率的连续模式､交错方式PFC控制IC——R2A20114系列产品已经得到推出｡

3.R2A20114系列的特征

PFC控制IC作为减少在服务器､数码家电等产品中,电源装置中交流(AC)和直流(DC)交换时因为输入电压和输入电流的波形不同而产生的无效功率和高调波(注4)的IC,它使输入电流与输入电压具有同样的波形｡为了达到节能同时应对国际上对高调波的限制,近年来该产品被广泛应用在电源装置中｡

R2A20114系列产品,在促进电源装置进一步高效率化､低噪声化的同时,也可对应大功率产品的需求｡

3-1.致力于电源装置小型化

R2A20114系列具备以下可使电源装置整体小型化的特征与功能｡

(1) 通过采用交错方式,使输入波纹电流(脉动电流)与瑞萨科技历来产品相比降低1/4

瑞萨科技在连续模式PFC控制IC上初次采用交错方式,实现了超出单一方式的高效率｡交错方式用于输入电流的波形成形,成对的两个升压电路交互动作,与瑞萨科技历来的一个升压电路动作的单一方式产品相比较,输入波纹电流(脉动电流)可降低1/4｡  

与此同时,电源装置的输入过滤器､升压线圈､输出入电容器等部件的小型化,也使电源装置整体实现了小型化与薄型化｡

例如,在连续模式单一方式产品中,在需要使用大型升压线圈的同时还不得不将其固定在安装线圈的箱体上｡而R2A20114系列产品由于可以使用小型线圈,因此可以直接搭载在电路板上｡从而使控制线圈自身成本和安装成本都成为可能｡

同时,由于线圈､电路间的配线可以收藏在电路板内,因此不仅EMC噪声得到了降低,电源系统整体工作的稳定性也得到了提高｡

(2) 与瑞萨科技历来产品相比,降低了约6dB的噪声

如何降低开关噪声是处理大功率连续模式的一大课题｡而在R2A20114系列产品中､由于搭载了开关频率的调制功能,因而使在可变化范围和频率的规格范围内任意设定开关频率成为现实｡与瑞萨科技以前的连续模式产品相比较,噪声峰值降低约6dB,为电源线噪声的降低做出了贡献｡