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罗姆:从十年未曾得到关注的电路上寻觅商机

时间:2020-07-20 作者:邵乐峰 阅读:
AC/DC、DC/DC电源部分已触及功耗的“天花板”,于是,罗姆将目光锁定在了电机输入电压检测电路和过零检测电路部分,并以此开发出过零检测IC“BM1Z001FJ系列”,属于业界首创的技术。
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近年来,随着物联网的发展和普及,各种类型的家电为了保持Wi-Fi等通信功能的正常进行,始终处于通电状态,这无疑增加了家电类产品的待机功耗。另一方面,家电产品的显示器正朝着大型化、高性能化和多功能化的方向发展,显示部分越来越复杂,需要搭配更高性能的微控制器,工作功耗也随之增加。

因此,从1992年美国启动“ENERGY STAR(能源之星)”计划,到2005年G8峰会通过1W计划,再到2013年欧盟规定了0.5W待机功耗的最低能耗标准(MEPS),全球范围内要求家电产品不断降低待机功耗和工作功耗的努力从未停止过。

“但降低电源IC的功耗也是有限度的。”ROHM半导体(北京)有限公司青岛分公司经理徐济炜说,传统削减待机功耗的思路一般会从AC/DC、DC/DC电源部分入手,从下图可以看到,尽管2015-2017年间,罗姆已将传统的电源待机功耗从3.6W降低至1.7W左右,降幅超过50%,但接下来,即便将AC/DC和DC/DC功耗降至接近于零的标准,看起来也没有办法满足欧盟规定的0.5W标准。

既然AC/DC、DC/DC电源部分已触及功耗的“天花板”,那么放眼整个电源部分,还有哪里是可以开发的?于是,罗姆将目光锁定在了电机输入电压检测电路和过零检测电路部分。按照徐济炜的说法,这部分电路“十年来都没有改变,而且竞争对手也未曾关注”,所以罗姆以此为着眼点,开发出过零检测IC“BM1Z001FJ系列”,属于业界首创的技术。

  • 无光耦的过零检测电路,有助于大幅度地降低应用的待机功耗

传统的过零检测电路由光耦和晶体管组成,其待机功耗约占整个应用待机功耗的1/2。从下图可以看出,在传统的光耦电路中,AC/DC和DC/DC部分的待机功耗约为0.7W,电机输入电压检测部分为0.35W,过零检测部分为0.65W,过零检测电路和输入电压检测电路总体的功耗约在1W左右。如果从数量上来看,仅过零检测电路的元件数量就达到了11个,从而导致待机功耗大、时间延迟造成功率损失、转换效率差等问题。此外,发光二极管中的树脂等材料还存在随时间老化可靠性降低的隐患。

而如果使用过零检测IC电路,由于没有电机输入电压检测,使得该部分待机功耗值为0,而过零检测IC部分功耗只有10mW左右,加之元件数量减少至4个,大幅提高了方案的可靠性,延迟时间也被控制在50微秒以内,从而一举解决了光耦电路面临的三大问题:1. 待机功耗大;2. 光耦特性导致的延迟和转化效率差;3. 光耦因老化问题造成的后期可靠性变差。

罗姆方面给出的数据显示,在实际使用中,采用BM1Z系列检测IC与以往的过零检测电路相比,电源的整体待机功耗能够降低47%左右。以家庭中通常拥有的洗衣机、冰箱、空调、咖啡机和电饭煲这五类产品为例,每类产品可以减少0.5W待机,家庭电器的年碳排放量约减少20.5公斤,相当于汽车行驶70公里所排放出来的二氧化碳含量。

  • 有助于提高各国白色家电的可靠性和效率

在使用光耦的情况下,随着时间的推移亮度会降低,性能会下降,从而有发生故障的风险。此次的BM1Z系列无需光耦,因此不仅可降低故障风险,还可将AC电压带来的延迟时间误差降至±50μs以内。在这样的前提下,即使各国的电源电压(100~230V)标准不同,也可有效地驱动电机,成功实现了以往在过零检测电路方面难以实现的高精度微控制器驱动。

下图左侧中,由于输入AC过零时要给MCU一个控制信号,因此延迟时间越长,控制精度越差,功率损耗和控制误差就会越大。而从右侧光耦检测电路和过零检测IC的对比图中可以看出,光耦检测电路的延迟时间远大于过零检测IC,而且会随着输入电压的变化而变化。

  • 可轻松替换以往的过零检测电路

在罗姆目前推出的多款过零检测IC系列产品中,可分别对应以往过零检测电路中使用的普通整流/倍压整流电路和脉冲/边缘(Pulse/Edge)触发,因此,无需更改软件即可轻松替换使用光耦的现有过零检测电路。

  • 具有“电压钳位功能”,可保护后段的微控制器

新产品支持的输入电压高达600V,并且通过在输出时分压至微控制器的额定电压以下的方式,可驱动最大额定电压为5V的常规微控制器。另外,还配备了“电压钳位功能”,可防止电压超过4.8V,在输入电压较高时可以保护微控制器。因此,适用于使用以空调等为对象的高压驱动电机的应用,即使出现异常电压,也能够做到对微控制器的保护。

无论是输入电压从几伏到上百伏,还是输出功率从几安培到几毫安,罗姆的电源产品在小家电、工业设备、打印机、游戏机、音响、电视机、冰箱等众多领域得到了广泛的应用。“高可靠性、高效率、低待机功耗一直是罗姆电源开发的方针和产品特点,我们拥有丰富的开发和采用实绩,也正通过垂直统合型生产体系发挥增效,从而为多种电源单元提供产品。”徐济炜说。

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邵乐峰
ASPENCORE 中国区首席分析师。
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