致力于滿足并超越節能規范標準的“綠色”電源技術
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致力于滿足并超越節能規范標準的“綠色”電源技術  2012/3/1
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;

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。

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:

  • 優化開關選擇(輕載時開關損耗占主導,更傾向于建議犧牲導通電阻Rds-on,以獲得更快的開關速度);
  • 采用軟恢復升壓二極管;
  • 選擇合適大小的電感,以降低電感中的銅線損耗(磁芯損耗較小)。

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:

  • 優化電感磁芯,以降低磁芯損耗和高頻繞組損耗;
  • 選擇更低的Rds-on開關;
  • 不須過于在意升壓二極管的選擇。

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:

  • 降低導通阻抗(更高開關損耗)和/或降低初級側峰值電流及均方根(RMS)電流;
  • 降低開關損耗(考慮軟開關技術);
  • 次級側損耗:減少整流器壓降(使用低Vf二極管或FET整流器);
  • 降低磁芯損耗:采用更好的材料。
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