AC/DC轉換器的效率改善至關重要

近年來，環(huán)境問題已經成為全球性問題，無論什么領域都需要支持環(huán)境保護。在電源領域對節(jié)能的要求也越來越嚴格，不僅對轉換效率，甚至對待機功耗也都制定了相應標準等。而且，作為減輕環(huán)境負荷的一個重要環(huán)節(jié)，對減少工業(yè)廢棄物的要求越來越高?；谶@些情況，我們就電源技術在減輕環(huán)境負荷方面的發(fā)展趨勢，采訪了ROHM株式會社LSI本部 產品開發(fā)擔當 應用工程部的加藤 遼先生。

－節(jié)能環(huán)保已經成為全球范圍的硬性要求。在電源領域，高效化成為第一課題已經由來已久。最近聽說對減少電源領域工業(yè)廢棄物的措施也要求越來越嚴苛。請您先介紹一下相關情況。

比如AC適配器等電源，由于對電氣產品的性能和功能不會產生太大的影響，所以除了供給必要的電壓和電流之外，并沒有什么特別需要評估的項目?？墒墙陙恚瑢C適配器等外部電源的關注度也已經非常高了。我想這還是因為環(huán)境問題，以及為了滿足相關標準的要求，需要包括技術解決方案在內的諸多努力。在環(huán)境問題方面，AC適配器等有兩個重要課題。一個是“高效化”。另一個是為了減少工業(yè)廢棄物，減少AC適配器等外部電源本身的“數(shù)量”。

－明白了。那么接下來請您逐一介紹一下。首先是高效化，在我的印象里，效率現(xiàn)在已經達到相當高的水平了吧。

用于電子設備等的DC/DC轉換器中，效率高達95%左右的產品并不罕見，所以可以說的確已經達到了相當高的水平。但是，關于AC適配器等AC/DC轉換器的話，隨著開關方式的普及，效率已經得到很大程度的改善，但大多數(shù)的效率還只是停留在80%~90%的級別。

－這么說來，作為電力來源的AC/DC轉換的效率改善就顯得非常重要了。

的確如此。電氣產品的生產數(shù)量逐年增加，用電量也與其成正比呈逐年增加的趨勢。如今，電氣產品每年生產50億臺左右，其中大多數(shù)都配備有電源模塊或電源電路。假設這些電源的損耗1臺能夠改善1W，那么簡單計算一下就可以知道每年可節(jié)約50億W的用電量。這相當于5座核電站的發(fā)電量，是非常巨大的節(jié)能效果。我想這一點是很容易理解的。

－這樣一想還真切實感受到了改善已經是當務之急。

在這樣的背景下，各國的標準團體等也在不斷加強效率方面的管制和規(guī)定，開發(fā)滿足這些標準或規(guī)范的電源模塊和電源電路已經是必經之路。

－比如有什么樣的標準？

舉個AC適配器相關的例子來說，就是美國能源部（DOE）的六級能效標準。這是2014年2月發(fā)布、2016年2月開始實施的很嚴格的標準。對象AC適配器等外部電源如果不滿足該標準，將不允許在美國國內銷售。如下表所示，該標準按額定輸出功率分類，并規(guī)定了工作時的平均效率和無負載時的功耗。

－在這里的這臺電腦的AC適配器是16V、2.5A。

這樣的話，輸出電壓6V以上，輸出功率是40W，在上表中對應第2行。計算一下平均效率應該是87.6%以上，無負載時的功耗應該是0.1W以上。這就是說，這款AC適配器如果不白用開關方式，則基本上不可能滿足要求，即使采用開關方式也是相當苛刻的條件。

－這也就是說，要想滿足這個標準的要求，必須有更高效率的解決方案對嗎？

我認為解決方案中還是必須融入更高效的技術或方式。以往的AC/DC轉換器電路簡單又比較便宜，所以整流元件多采用使用了二極管的二極管整流方式。提高二極管整流方式效率的主流作法是改善MOSFET等開關元件和二極管等整流元件的特性，但僅憑這些功率元器件的改善已經無法追趕近年來的要求。

由于元器件技術是有極限的，為了解決這些問題，作為更高效的電路技術，多采用同步整流方式。

－據(jù)了解，DC/DC轉換器因從二極管整流方式變?yōu)橥秸鞣绞蕉剐实玫酱蠓嵘览硎欠袷窍嗤哪兀?/p>

基本上是相同的方法。工作方式是與一次側的開關同步，使二次側的整流元件MOSFET導通/關斷。整流元件從二極管變?yōu)镸OSFET后，與二極管的Vf對應的傳導損耗成為MOSFET的導通電阻和Ids引起的壓降。您應該知道，同步整流方式所使用的MOSFET的導通電阻非常低，通常只有十幾毫歐左右，所以可大幅降低損耗。這一點的道理與DC/DC轉換器是相同的。

－我想DC/DC轉換器采用同步整流方式已經是很早以前的話題了。為什么在AC/DC轉換器中二極管整流還是主流方式？

大多數(shù)低電壓的DC/DC轉換器都采用同步整流方式，所以同步整流方式并不是什么嶄新的技術。但是，AC/DC轉換器在控制方法等方面還存在一些課題，成為普及同步整流方式的障礙。

很多AC/DC轉換器是PWM反激式轉換器，根據(jù)輸入輸出條件或變壓器規(guī)格使用連續(xù)模式工作。然而，單單與同步整流方式組合的話，在連續(xù)模式工作時將無法正?？刂?，一次側開關元件（MOSFET）和二次側整流元件（MOSFET）將同時導通，可能會因直通電流（（Flow-through Current））導致元件損壞。因此，主要措施是為了防止同時導通而增加保護電路，或采用不會在連續(xù)模式下工作的準諧振方式或僅在非連續(xù)模式工作條件下使用。

－明白了。接下來請您介紹一下具體的解決方案。

審核編輯黃宇