|
人們在日常工作和生活中廣泛使用著(zhù)各類(lèi)電子電器設備。這些設備不僅工作時(shí)所消耗的電能巨大，而且其在待機狀態(tài)下仍然消耗不少的電能。有鑒于此，各國政府和國際組織紛紛頒布并施行各種節能規范標準。具體而言，電子電器設備的綠色節能法規主要從電源工作效率、待機能耗和功率因數這三個(gè)方面入手。 在提高工作效率方面，例如美國的80 PLUS計劃和能源之星都要求臺式計算機或服務(wù)器在100%、80%和20%負載條件下效率均在80%以上；計算產(chǎn)業(yè)氣候拯救行動(dòng)(CSCI)更是提出新的節能標準，要求到2011年7月在這三種負載條件下分別達到87%、90%和87%的效率。中國中標認證中心和美國加州能源委員會(huì )(CEC)等也出臺了各自的能效規范標準。 在待機能耗方面，國際能源署(IEA)的 “1瓦計劃”的節能倡議，得到歐盟、美國和中國等地區的積極響應。在中國，中標認證中心積極制定辦公設備和視聽(tīng)設備的待機能耗標準。安森美半導體積極與中標認證中心合作，連續于2006年和2007年攜手舉辦“1瓦論壇”，引起強烈的社會(huì )反響。 第三，在改善諧波污染，提升功率因數方面，也有不少相應的規范要求，如國際電工委員會(huì )的IEC 1000-3-2 D和“80 PLUS”等，其中后者要求具有90%的功率因數。 這些規范標準有助于全球節電，如美國能源之星項目在2006年就為美國消費者共節約140億美元的電費，節約了相當于1.5個(gè)中國三峽工程或50多個(gè)新發(fā)電站。我國已針對打印機、計算機、顯示器、復印機、傳真機、DVD、彩電等11類(lèi)產(chǎn)品制定了待機能耗節能產(chǎn)品認證標準，達到節能產(chǎn)品認證要求的型號達到2208個(gè)。如果中國待機能耗指標采用1瓦的規定，到2012年，計算機預計可節電能將超過(guò)5億度，可節省電力費用支出約超過(guò)3億元人民幣；顯示器可節電約7億度, 可節省電力費用支出約超過(guò)4億元人民幣。 1 先進(jìn)的設計技術(shù)和方案讓電源更加“綠色”節能 如前所述，要使電子電器設備更加“綠色”節能，一般需要從提高電源工作效率、改善功率因數和降低待機能耗等方面下功夫。以計算機電源為例，其功率損耗的來(lái)源大致如圖1所示。要提高其電源效率，就要提高每一段(Stage)的效率，并盡力減少功率處理段的數量。 對于功率因數校正(PFC)段而言，首先要確定它采用哪種工作模式，如連續導電模式(CCM)或臨界導電模式(CRM)等。針對這兩種模式，安森美半導體都能夠提供能效高于93%的解決方案，如NCP1606和NCP1654等，超過(guò)諸多法規的要求。其中，就CCM模式而言，要實(shí)現更高的效率，可以采用以下策略：
而對于非連續導電模式(DCM)或CRM而言，要實(shí)現更高的效率，建議的策略如下：
圖2a和2b別顯示了安森美半導體NCP1606和NCP1654在不同功率和模式應用下的能效。其中，從圖2a我們可以看出，它在CRM工作模式時(shí)，輕載狀態(tài)下的能效更高，因為輕載時(shí)開(kāi)關(guān)損耗較低。 而在主開(kāi)關(guān)電源段，要提高其能效，可采取以下策略： 降低初級側的導電損耗。具體的做法是：
針對計算機高能效電源解決方案的需求，安森美半導體近期還推出了率先滿(mǎn)足美國能源之星對臺式計算機ATX電源性能要求的300W GreenPoint ATX參考設計。該參考設計在高電壓輸入時(shí)可以達到86.5%的滿(mǎn)載高能效，在20%負載和低電壓輸入時(shí)則達82.5%能效，和目前市場(chǎng)上常見(jiàn)平均 70%能效的電源比較，該設計可以降低電源損耗達50%。此外，安森美半導體的ATX參考設計還符合IEC61000-3-2功率因數要求。 如前所述，電子電器設備的待機能耗非常驚人，世界各地的相關(guān)法規也非常之多。作為產(chǎn)業(yè)鏈上游的半導體公司，也積極運用各種技術(shù)來(lái)幫助降低電源的待機功耗。 而要解決待機能耗問(wèn)題，同樣必須搞清楚損耗在哪里。在電源電路中，通常的待機損耗來(lái)自啟動(dòng)電路、驅動(dòng)電路、開(kāi)關(guān)損耗、偏置電路、輸出整流器、磁性元件等。電源管理芯片可以通過(guò)集成一些功能和技術(shù)，針對上述待機損耗來(lái)源制定相應對策來(lái)實(shí)現待機功能。以安森美半導體為例，常見(jiàn)的待機技術(shù)有跳周期、頻率回走等。 高壓?jiǎn)?dòng)和動(dòng)態(tài)自供電。在傳統的諸如使用UC3842設計的電源啟動(dòng)電路中，通常都采用從高壓(直流300 V～400 V)串接一個(gè)高阻值電阻來(lái)啟動(dòng)電源。此電阻構成了待機功耗重要部分。一般情況下不得不盡量加大該電阻阻值以降低損耗。但是由此帶來(lái)的后果就是導致啟動(dòng)時(shí)間延長(cháng)，這在某些應用中如適配器電源是不允許的。安森美半導體很多電源管理芯片內置高壓電流源，可以直接從高壓端與電源芯片相連啟動(dòng)電源。當電源啟動(dòng)后輔助電源工作VCC開(kāi)始工作，內部高壓電流源關(guān)斷由VCC供電。這樣既可以降低啟動(dòng)損耗又可以有效保證啟動(dòng)時(shí)間。另外，安森美半導體的專(zhuān)利技術(shù)動(dòng)態(tài)自供電(DSS)可以省去啟動(dòng)電阻并無(wú)需從變壓器引出VCC線(xiàn)圈(圖3），該技術(shù)在某些應用如CRT的待機設計中可以起到獨特的作用將待機損耗降至極低。 跳周期。跳周期是一種常用的降低待機功耗方法。眾所周知，目前電源為提高效率通常都采用開(kāi)關(guān)電源模式，通常的開(kāi)關(guān)頻率在幾十到幾百千赫茲之間，個(gè)別可以達到上兆赫茲的水平。由于開(kāi)關(guān)次數高，因此在電源的整體損耗中，特別是在高頻高電壓大電流應用中，開(kāi)關(guān)損耗占了相當大的比例。而在待機時(shí)輸出負載需求很低。安森美半導體電源管理芯片可以?xún)炔考?a href="http://selenalain.com/keyword/比較器" target="_blank" class="relatedlink">比較器，通過(guò)監測反饋信號，當負載降低時(shí)使驅動(dòng)信號處于非連貫的簇脈沖替代連續脈沖。安森美半導體的PWM控制器如NCP12XX系列均具有跳周期功能，這樣通過(guò)跳周期的方式可有效降低待機功耗滿(mǎn)足常見(jiàn)的待機標準。 頻率回走。頻率回走常用于小功率的應用。所謂的頻率回走是指當負載降低時(shí)，通過(guò)將原有的開(kāi)關(guān)頻率降低來(lái)減少開(kāi)關(guān)損耗。安森美半導體的PWM控制器NCP1351采用這種待機形式，在輕載或空載時(shí)延長(cháng)Toff時(shí)間使開(kāi)關(guān)頻率降低以達到省電的目的。在充電器的應用中可以達到0.3 W以下的待機水準。 在降低待機能耗方面，除了這些常見(jiàn)的方法，世界上領(lǐng)先的半導體公司都在爭相開(kāi)發(fā)最新的先進(jìn)技術(shù)。如安森美半導體就在待機技術(shù)方面獨樹(shù)一幟，不斷研發(fā)新技術(shù)，保證在電源節電領(lǐng)域的領(lǐng)先“節電王”地位。 安森美半導體的其中一項創(chuàng )新技術(shù)就是軟跳周期技術(shù)。最新推出的NCP1271增強型PWM電流模式控制器采用軟跳周期技術(shù)來(lái)控制峰值電流并消除一些開(kāi)關(guān)脈沖，從而控制開(kāi)關(guān)損耗，以實(shí)現空載、輕載狀態(tài)下的卓越高效性能，還可以在變壓器進(jìn)入跳周期工作時(shí)有效地消除噪聲，滿(mǎn)足節能、待機與工作狀態(tài)等各種要求。 安森美半導體的另一項創(chuàng )新，也就是在大于75 W存在PFC的情況下，設計了功能獨特的芯片與以降低待機損耗。待機時(shí)，負載遠遠低于75W，這是對功率因數并無(wú)要求。而在傳統有源PFC的拓撲中，通常采用開(kāi)關(guān)型升壓電路，其開(kāi)關(guān)頻率也在幾十到幾百千赫茲之間，其開(kāi)關(guān)損耗不可小視。安森美半導體推出的固定頻率電流型PWM控制器NCP1230和準諧振電流模式PWM控制器NCP1381具有在待機狀態(tài)下，關(guān)閉PFC的功能(圖5）。 NCP1230和NCP1381都有一個(gè)專(zhuān)用的引腳用來(lái)連接PFC控制器的VCC引腳。當芯片檢測到系統進(jìn)入待機時(shí)，會(huì )自動(dòng)切斷PFC 的VCC供電。這樣等于省去了一個(gè)損耗環(huán)節，可以實(shí)現超低待機能耗。 2 以高效而完整的電源解決方案滿(mǎn)足客戶(hù)綠色設計需求 安森美半導體作為業(yè)內領(lǐng)先的供應商，一方面針對不同的應用開(kāi)發(fā)相應的芯片，在有限資源內最大幅度發(fā)揮芯片的功能。另一方面，也是更重要的是，安森美半導體我們注重提供給客戶(hù)完整的電源解決方案，而不是單一芯片的應用，這種從系統角度出發(fā)研制的電源管理產(chǎn)品從性能到成本都能為終端客戶(hù)所青睞。例如通過(guò)與制訂行業(yè)標準的機構和全球客戶(hù)緊密協(xié)作，安森美半導體開(kāi)發(fā)出GreenPoint電源解決方案，完全符合大規模生產(chǎn)的要求。如針對大尺寸液晶電視的GreenPoint電源解決方案(圖6)，采用高性能PFC控制器NCP1605和軟開(kāi)關(guān)半橋諧振控制器NCP1396，效率在全電壓輸入范圍內可高達87%以上。待機控制器NCP1027功率在0.5 W負載時(shí)輸入仍小于1 W。該系列參考設計為終端客戶(hù)節省了從選型到設計、調試等諸多環(huán)節，在縮短設計周期的同時(shí)，也有效降低了終端客戶(hù)的設計成本。 3 結語(yǔ) 為了實(shí)現電子電器設備的節能環(huán)保，世界各國政府和國際組織紛紛從提高電源工作效率、降低待機能耗和提高功率因數等角度制定相應的電源節能規范標準。這些要求已產(chǎn)生并將繼續產(chǎn)生可觀(guān)的經(jīng)濟和社會(huì )效益。為了持續支持電源滿(mǎn)足并超越各種節能規范標準，安森美半導體不斷利用各種技術(shù)來(lái)提升電源的工作效率和功率因數，并降低待機能耗；更推出完善而高效的GreenPoint電源參考設計，來(lái)滿(mǎn)足減少設計環(huán)節，加快產(chǎn)品上市進(jìn)程。 |
