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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備。這些設備不僅工作時所消耗的電能巨大，而且其在待機狀態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器在100%、80%和20%負載條件下效率均在80%以上；計算產業氣候拯救行動(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(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個中國三峽工程或50多個新發電站。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類產品制定了待機能耗節能產品認證標準，達到節能產品認證要求的型號達到2208個。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5億度，可節省電力費用支出約超過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4億元人民幣。 1 先進的設計技術和方案讓電源更加“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，超過諸多法規的要求。其中，就CCM模式而言，要實現更高的效率，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，輕載狀態下的能效更高，因為輕載時開關損耗較低。 而在主開關電源段，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可以達到86.5%的滿載高能效，在20%負載和低電壓輸入時則達82.5%能效，和目前市場上常見平均 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，世界各地的相關法規也非常之多。作為產業鏈上游的半導體公司，也積極運用各種技術來幫助降低電源的待機功耗。 而要解決待機能耗問題，同樣必須搞清楚損耗在哪里。在電源電路中，通常的待機損耗來自啟動電路、驅動電路、開關損耗、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，針對上述待機損耗來源制定相應對策來實現待機功能。以安森美半導體為例，常見的待機技術有跳周期、頻率回走等。 高壓啟動和動態自供電。在傳統的諸如使用UC3842設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。但是由此帶來的后果就是導致啟動時間延長，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電源。當電源啟動后輔助電源工作VCC開始工作，內部高壓電流源關斷由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，安森美半導體的專利技術動態自供電(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關電源模式，通常的開關頻率在幾十到幾百千赫茲之間，個別可以達到上兆赫茲的水平。由于開關次數高，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，開關損耗占了相當大的比例。而在待機時輸出負載需求很低。安森美半導體電源管理芯片可以內部集成比較器，通過監測反饋信號，當負載降低時使驅動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，這樣通過跳周期的方式可有效降低待機功耗滿足常見的待機標準。 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，通過將原有的開關頻率降低來減少開關損耗。安森美半導體的PWM控制器NCP1351采用這種待機形式，在輕載或空載時延長Toff時間使開關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，除了這些常見的方法，世界上領先的半導體公司都在爭相開發最新的先進技術。如安森美半導體就在待機技術方面獨樹一幟，不斷研發新技術，保證在電源節電領域的領先“節電王”地位。 安森美半導體的其中一項創新技術就是軟跳周期技術。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來控制峰值電流并消除一些開關脈沖，從而控制開關損耗，以實現空載、輕載狀態下的卓越高效性能，還可以在變壓器進入跳周期工作時有效地消除噪聲，滿足節能、待機與工作狀態等各種要求。 安森美半導體的另一項創新，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，負載遠遠低于75W，這是對功率因數并無要求。而在傳統有源PFC的拓撲中，通常采用開關型升壓電路，其開關頻率也在幾十到幾百千赫茲之間，其開關損耗不可小視。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具有在待機狀態下，關閉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。當芯片檢測到系統進入待機時，會自動切斷PFC 的VCC供電。這樣等于省去了一個損耗環節，可以實現超低待機能耗。 2 以高效而完整的電源解決方案滿足客戶綠色設計需求 安森美半導體作為業內領先的供應商，一方面針對不同的應用開發相應的芯片，在有限資源內最大幅度發揮芯片的功能。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研制的電源管理產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標準的機構和全球客戶緊密協作，安森美半導體開發出GreenPoint電源解決方案，完全符合大規模生產的要求。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負載時輸入仍小于1 W。該系列參考設計為終端客戶節省了從選型到設計、調試等諸多環節，在縮短設計周期的同時，也有效降低了終端客戶的設計成本。 3 結語 為了實現電子電器設備的節能環保，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。這些要求已產生并將繼續產生可觀的經濟和社會效益。為了持續支持電源滿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來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，來滿足減少設計環節，加快產品上市進程。 |
