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电源模块与电源用元器件的最新技术动态

2017-9-5 15:08:46

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1．电源模块相关发展概况

　　一直以来，电源模块（AC/DC适配器等）因其对电气产品的性能和功能产生的直接影响较小而少有关注，但近些年来，对这类电源的关注达到了前所未有的高度。究其主要原因，可以说是“环境”。近年来，世界各地频繁发生环境问题，各国展开了诸多致力于减轻环境负担的行动，当然对电源的环保策略也早已提上日程。其关键词有以下两个。

关键词①：高效化

　　随着电气产品的生产量逐年增加，用电量也与其成正比呈逐年上升趋势。如今，电气产品每年的生产量约50亿台左右，其中绝大多数产品均搭载有电源模块和电源电路。假设这些电源的损耗能够改善1W（瓦），简单地计算一下每年可节约50亿W，节能效果相当于5座核电厂。在这种背景下，各国的标准团体等也纷纷提高能效标准，要求开发符合这些标准的电源模块和电源电路。

　　在此介绍一下对电源模块高效化要求的代表性标准---美国能源部（DOE）制定的能效标准。美国能源部于2014年2月3日颁布了对AC适配器等外部电源更严格的能效要求。从2016年2月10日以后（预计），不符合新标准（表1、表2）的对象外部电源将无法在美国国内销售。因此，以AC/DC适配器厂家等为主的企业正在加速推出满足该标准的产品。

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　　表1．DOE CEC 6级　外部电源能效标准AC/DC电源（输出电压≧ 6V）

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　　表2．DOE CEC6级　外部电源能效标准AC/DC电源（输出电压＜ 6V）

　　关键词②：减少工业废弃物

　　随着电气产品生产数量的增加，其废弃物也在增加，为了减少这些工业废弃物，要求做到3R（减少使用：Reuse，重复使用：Reduce，循环使用：Recycle）。而一直以来，电源产品仅部分组成元器件和材料可以循环使用，大部分均被废弃。如今，减轻这类环境负担的技术开发取得不菲成果，越来越多的产品开始搭载电源模块和电源电路。在不久的将来，这些技术有望为工业废弃物的削减作出更大贡献。

　　本文将围绕这些关键词针对电源的高效化以及技术和应用等进行介绍。

　　2．同步整流与低功耗化功能

　　作为实现电源模块（AC/DC适配器等）高效化的技术，包括开关元器件（MOSFET）等产品技术的发展和电路技术的改善，其中同步整流方式在改善电路技术方面备受瞩目。

　　在以往的AC/DC转换器中，基于电路简单、相对廉价的原因，整流元件一般使用二极管，但这种二极管的正向电压（Vf）导致的导通损耗一直是高效化的障碍。另外，为抑制二极管的发热，还需要散热器等散热措施，这就需要相应的空间，在安装方面也带来一些问题。作为降低这种损耗的对策，如今已经逐步开始采用同步整流方式。

　　同步整流方式的整流元件使用MOSFET，通过更低的导通电阻（低Ron）来降低导通损耗（图1）。工作与一次侧的开关工作同步使整流元件的MOSFET进行ON/OFF。

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　　图1．同步整流方式

　　同步整流方式本身绝大多数采用低压（尤其是12V以下）DC/DC转换器，因此并非全新技术的产品。但是，AC/DC转换器存在控制方法等课题，这一直阻碍着同步整流方式的普及。如今，很多AC/DC转换器均采用PWM反激式控制（ON/OFF方式），该方式根据输入输出条件和变压器规格进行连续模式工作。但是，在同步整流方式下进行连续模式工作时，可能会导致无法正常控制，因一次侧的开关元件和二次侧的整流元件同时导通，会贯通电流造成元件损坏。因此，大多数情况下，同步整流方式仅限增加了防止同时导通的保护电路时、以及不连续模式工作时（准谐振方式和不连续模式工作）使用。

　　但是，此次开发的ROHM同步整流IC，成功攻克了该课题，实现并采用了在连续模式工作时也无需特别保护电路的稳定的同步整流工作。因此，与以往的二极管整流相比，电源模块整体效率提高了3%以上（本公司比较数据）（图2）。

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