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人們在日常工作和生活中廣泛使用著各類電子電器設(shè)備。這些設(shè)備不僅工作時所消耗的電能巨大，而且其在待機(jī)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(jié)能規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。具體而言，電子電器設(shè)備的綠色節(jié)能法規(guī)主要從電源工作效率、待機(jī)能耗和功率因數(shù)這三個方面入手。 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(jī)或服務(wù)器在100%、80%和20%負(fù)載條件下效率均在80%以上；計算產(chǎn)業(yè)氣候拯救行動(CSCI)更是提出新的節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)，要求到2011年7月在這三種負(fù)載條件下分別達(dá)到87%、90%和87%的效率。中國中標(biāo)認(rèn)證中心和美國加州能源委員會(CEC)等也出臺了各自的能效規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。 在待機(jī)能耗方面，國際能源署(IEA)的 “1瓦計劃”的節(jié)能倡議，得到歐盟、美國和中國等地區(qū)的積極響應(yīng)。在中國，中標(biāo)認(rèn)證中心積極制定辦公設(shè)備和視聽設(shè)備的待機(jī)能耗標(biāo)準(zhǔn)。安森美半導(dǎo)體積極與中標(biāo)認(rèn)證中心合作，連續(xù)于2006年和2007年攜手舉辦“1瓦論壇”，引起強(qiáng)烈的社會反響。 第三，在改善諧波污染，提升功率因數(shù)方面，也有不少相應(yīng)的規(guī)范要求，如國際電工委員會的IEC 1000-3-2 D和“80 PLUS”等，其中后者要求具有90%的功率因數(shù)。 這些規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)有助于全球節(jié)電，如美國能源之星項目在2006年就為美國消費者共節(jié)約140億美元的電費，節(jié)約了相當(dāng)于1.5個中國三峽工程或50多個新發(fā)電站。我國已針對打印機(jī)、計算機(jī)、顯示器、復(fù)印機(jī)、傳真機(jī)、DVD、彩電等11類產(chǎn)品制定了待機(jī)能耗節(jié)能產(chǎn)品認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)，達(dá)到節(jié)能產(chǎn)品認(rèn)證要求的型號達(dá)到2208個。如果中國待機(jī)能耗指標(biāo)采用1瓦的規(guī)定，到2012年，計算機(jī)預(yù)計可節(jié)電能將超過5億度，可節(jié)省電力費用支出約超過3億元人民幣；顯示器可節(jié)電約7億度, 可節(jié)省電力費用支出約超過4億元人民幣。 1 先進(jìn)的設(shè)計技術(shù)和方案讓電源更加“綠色”節(jié)能 如前所述，要使電子電器設(shè)備更加“綠色”節(jié)能，一般需要從提高電源工作效率、改善功率因數(shù)和降低待機(jī)能耗等方面下功夫。以計算機(jī)電源為例，其功率損耗的來源大致如圖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(shù)量。 對于功率因數(shù)校正(PFC)段而言，首先要確定它采用哪種工作模式，如連續(xù)導(dǎo)電模式(CCM)或臨界導(dǎo)電模式(CRM)等。針對這兩種模式，安森美半導(dǎo)體都能夠提供能效高于93%的解決方案，如NCP1606和NCP1654等，超過諸多法規(guī)的要求。其中，就CCM模式而言，要實現(xiàn)更高的效率，可以采用以下策略：
而對于非連續(xù)導(dǎo)電模式(DCM)或CRM而言，要實現(xiàn)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(dǎo)體NCP1606和NCP1654在不同功率和模式應(yīng)用下的能效。其中，從圖2a我們可以看出，它在CRM工作模式時，輕載狀態(tài)下的能效更高，因為輕載時開關(guān)損耗較低。 而在主開關(guān)電源段，要提高其能效，可采取以下策略： 降低初級側(cè)的導(dǎo)電損耗。具體的做法是：
針對計算機(jī)高能效電源解決方案的需求，安森美半導(dǎo)體近期還推出了率先滿足美國能源之星對臺式計算機(jī)ATX電源性能要求的300W GreenPoint ATX參考設(shè)計。該參考設(shè)計在高電壓輸入時可以達(dá)到86.5%的滿載高能效，在20%負(fù)載和低電壓輸入時則達(dá)82.5%能效，和目前市場上常見平均 70%能效的電源比較，該設(shè)計可以降低電源損耗達(dá)50%。此外，安森美半導(dǎo)體的ATX參考設(shè)計還符合IEC61000-3-2功率因數(shù)要求。 如前所述，電子電器設(shè)備的待機(jī)能耗非常驚人，世界各地的相關(guān)法規(guī)也非常之多。作為產(chǎn)業(yè)鏈上游的半導(dǎo)體公司，也積極運用各種技術(shù)來幫助降低電源的待機(jī)功耗。 而要解決待機(jī)能耗問題，同樣必須搞清楚損耗在哪里。在電源電路中，通常的待機(jī)損耗來自啟動電路、驅(qū)動電路、開關(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集成一些功能和技術(shù)，針對上述待機(jī)損耗來源制定相應(yīng)對策來實現(xiàn)待機(jī)功能。以安森美半導(dǎo)體為例，常見的待機(jī)技術(shù)有跳周期、頻率回走等。 高壓啟動和動態(tài)自供電。在傳統(tǒng)的諸如使用UC3842設(shè)計的電源啟動電路中，通常都采用從高壓(直流300 V～400 V)串接一個高阻值電阻來啟動電源。此電阻構(gòu)成了待機(jī)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。但是由此帶來的后果就是導(dǎo)致啟動時間延長，這在某些應(yīng)用中如適配器電源是不允許的。安森美半導(dǎo)體很多電源管理芯片內(nèi)置高壓電流源，可以直接從高壓端與電源芯片相連啟動電源。當(dāng)電源啟動后輔助電源工作VCC開始工作，內(nèi)部高壓電流源關(guān)斷由VCC供電。這樣既可以降低啟動損耗又可以有效保證啟動時間。另外，安森美半導(dǎo)體的專利技術(shù)動態(tài)自供電(DSS)可以省去啟動電阻并無需從變壓器引出VCC線圈(圖3），該技術(shù)在某些應(yīng)用如CRT的待機(jī)設(shè)計中可以起到獨特的作用將待機(jī)損耗降至極低。 跳周期。跳周期是一種常用的降低待機(jī)功耗方法。眾所周知，目前電源為提高效率通常都采用開關(guān)電源模式，通常的開關(guān)頻率在幾十到幾百千赫茲之間，個別可以達(dá)到上兆赫茲的水平。由于開關(guān)次數(shù)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(yīng)用中，開關(guān)損耗占了相當(dāng)大的比例。而在待機(jī)時輸出負(fù)載需求很低。安森美半導(dǎo)體電源管理芯片可以內(nèi)部集成比較器，通過監(jiān)測反饋信號，當(dāng)負(fù)載降低時使驅(qū)動信號處于非連貫的簇脈沖替代連續(xù)脈沖。安森美半導(dǎo)體的PWM控制器如NCP12XX系列均具有跳周期功能，這樣通過跳周期的方式可有效降低待機(jī)功耗滿足常見的待機(jī)標(biāo)準(zhǔn)。 頻率回走。頻率回走常用于小功率的應(yīng)用。所謂的頻率回走是指當(dāng)負(fù)載降低時，通過將原有的開關(guān)頻率降低來減少開關(guān)損耗。安森美半導(dǎo)體的PWM控制器NCP1351采用這種待機(jī)形式，在輕載或空載時延長Toff時間使開關(guān)頻率降低以達(dá)到省電的目的。在充電器的應(yīng)用中可以達(dá)到0.3 W以下的待機(jī)水準(zhǔn)。 在降低待機(jī)能耗方面，除了這些常見的方法，世界上領(lǐng)先的半導(dǎo)體公司都在爭相開發(fā)最新的先進(jìn)技術(shù)。如安森美半導(dǎo)體就在待機(jī)技術(shù)方面獨樹一幟，不斷研發(fā)新技術(shù)，保證在電源節(jié)電領(lǐng)域的領(lǐng)先“節(jié)電王”地位。 安森美半導(dǎo)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(qiáng)型PWM電流模式控制器采用軟跳周期技術(shù)來控制峰值電流并消除一些開關(guān)脈沖，從而控制開關(guān)損耗，以實現(xiàn)空載、輕載狀態(tài)下的卓越高效性能，還可以在變壓器進(jìn)入跳周期工作時有效地消除噪聲，滿足節(jié)能、待機(jī)與工作狀態(tài)等各種要求。 安森美半導(dǎo)體的另一項創(chuàng)新，也就是在大于75 W存在PFC的情況下，設(shè)計了功能獨特的芯片與以降低待機(jī)損耗。待機(jī)時，負(fù)載遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于75W，這是對功率因數(shù)并無要求。而在傳統(tǒng)有源PFC的拓?fù)渲校ǔ２捎瞄_關(guān)型升壓電路，其開關(guān)頻率也在幾十到幾百千赫茲之間，其開關(guān)損耗不可小視。安森美半導(dǎo)體推出的固定頻率電流型PWM控制器NCP1230和準(zhǔn)諧振電流模式PWM控制器NCP1381具有在待機(jī)狀態(tài)下，關(guān)閉PFC的功能(圖5）。 NCP1230和NCP1381都有一個專用的引腳用來連接PFC控制器的VCC引腳。當(dāng)芯片檢測到系統(tǒng)進(jìn)入待機(jī)時，會自動切斷PFC 的VCC供電。這樣等于省去了一個損耗環(huán)節(jié)，可以實現(xiàn)超低待機(jī)能耗。 2 以高效而完整的電源解決方案滿足客戶綠色設(shè)計需求 安森美半導(dǎo)體作為業(yè)內(nèi)領(lǐng)先的供應(yīng)商，一方面針對不同的應(yīng)用開發(fā)相應(yīng)的芯片，在有限資源內(nèi)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(dǎo)體我們注重提供給客戶完整的電源解決方案，而不是單一芯片的應(yīng)用，這種從系統(tǒng)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所青睞。例如通過與制訂行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)構(gòu)和全球客戶緊密協(xié)作，安森美半導(dǎo)體開發(fā)出GreenPoint電源解決方案，完全符合大規(guī)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和軟開關(guān)半橋諧振控制器NCP1396，效率在全電壓輸入范圍內(nèi)可高達(dá)87%以上。待機(jī)控制器NCP1027功率在0.5 W負(fù)載時輸入仍小于1 W。該系列參考設(shè)計為終端客戶節(jié)省了從選型到設(shè)計、調(diào)試等諸多環(huán)節(jié)，在縮短設(shè)計周期的同時，也有效降低了終端客戶的設(shè)計成本。 3 結(jié)語 為了實現(xiàn)電子電器設(shè)備的節(jié)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(jī)能耗和提高功率因數(shù)等角度制定相應(yīng)的電源節(jié)能規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。這些要求已產(chǎn)生并將繼續(xù)產(chǎn)生可觀的經(jīng)濟(jì)和社會效益。為了持續(xù)支持電源滿足并超越各種節(jié)能規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，安森美半導(dǎo)體不斷利用各種技術(shù)來提升電源的工作效率和功率因數(shù)，并降低待機(jī)能耗；更推出完善而高效的GreenPoint電源參考設(shè)計，來滿足減少設(shè)計環(huán)節(jié)，加快產(chǎn)品上市進(jìn)程。 |
