致力于满足并超越节能规范标准的“绿色”电源技术

人们在日常工作和生活中广泛使用着各类电子电器设备。这些设备不仅工作时所消耗的电能巨大，而且其在待机状态下仍然消耗不少的电能。有鉴于此，各国政府和国际组织纷纷颁布并施行各种节能规范标准。具体而言，电子电器设备的绿色节能法规主要从电源工作效率、待机能耗和功率因数这三个方面入手。

在提高工作效率方面，例如美国的80 PLUS计划和能源之星都要求台式计算机或服务器在100%、80%和20%负载条件下效率均在80%以上；计算产业气候拯救行动(CSCI)更是提出新的节能标准，要求到2011年7月在这三种负载条件下分别达到87%、90%和87%的效率。中国中标认证中心和美国加州能源委员会(CEC)等也出台了各自的能效规范标准。

在待机能耗方面，国际能源署(IEA)的 “1瓦计划”的节能倡议，得到欧盟、美国和中国等地区的积极响应。在中国，中标认证中心积极制定办公设备和视听设备的待机能耗标准。安森美半导体积极与中标认证中心合作，连续于2006年和2007年携手举办“1瓦论坛”，引起强烈的社会反响。

第三，在改善谐波污染，提升功率因数方面，也有不少相应的规范要求，如国际电工委员会的IEC 1000-3-2 D和“80 PLUS”等，其中后者要求具有90%的功率因数。

这些规范标准有助于全球节电，如美国能源之星项目在2006年就为美国消费者共节约140亿美元的电费，节约了相当于1.5个中国三峡工程或50多个新发电站。我国已针对打印机、计算机、显示器、复印机、传真机、DVD、彩电等11类产品制定了待机能耗节能产品认证标准，达到节能产品认证要求的型号达到2208个。如果中国待机能耗指标采用1瓦的规定，到2012年，计算机预计可节电能将超过5亿度，可节省电力费用支出约超过3亿元人民币；显示器可节电约7亿度, 可节省电力费用支出约超过4亿元人民币。

1 先进的设计技术和方案让电源更加“绿色”节能

如前所述，要使电子电器设备更加“绿色”节能，一般需要从提高电源工作效率、改善功率因数和降低待机能耗等方面下功夫。以计算机电源为例，其功率损耗的来源大致如图1所示。要提高其电源效率，就要提高每一段(Stage)的效率，并尽力减少功率处理段的数量。

对于功率因数校正(PFC)段而言，首先要确定它采用哪种工作模式，如连续导电模式(CCM)或临界导电模式(CRM)等。针对这两种模式，安森美半导体都能够提供能效高于93%的解决方案，如NCP1606和NCP1654等，超过诸多法规的要求。其中，就CCM模式而言，要实现更高的效率，可以采用以下策略：

• 优化开关选择(轻载时开关损耗占主导，更倾向于建议牺牲导通电阻Rds-on，以获得更快的开关速度)；

• 采用软恢复升压二极管；

• 选择合适大小的电感，以降低电感中的铜线损耗(磁芯损耗较小)。

而对于非连续导电模式(DCM)或CRM而言，要实现更高的效率，建议的策略如下：

• 优化电感磁芯，以降低磁芯损耗和高频绕组损耗；

• 选择更低的Rds-on开关；

• 不须过于在意升压二极管的选择。

图2a和2b别显示了安森美半导体NCP1606和NCP1654在不同功率和模式应用下的能效。其中，从图2a我们可以看出，它在CRM工作模式时，轻载状态下的能效更高，因为轻载时开关损耗较低。

而在主开关电源段，要提高其能效，可采取以下策略：

降低初级侧的导电损耗。具体的做法是：

• 降低导通阻抗(更高开关损耗)和/或降低初级侧峰值电流及均方根(RMS)电流；

• 降低开关损耗(考虑软开关技术)；

• 次级侧损耗：减少整流器压降(使用低Vf二极管或FET整流器)；

• 降低磁芯损耗：采用更好的材料。

针对计算机高能效电源解决方案的需求，安森美半导体近期还推出了率先满足美国能源之星对台式计算机ATX电源性能要求的300W GreenPoint ATX参考设计。该参考设计在高电压输入时可以达到86.5%的满载高能效，在20%负载和低电压输入时则达82.5%能效，和目前市场上常见平均 70%能效的电源比较，该设计可以降低电源损耗达50%。此外，安森美半导体的ATX参考设计还符合IEC61000-3-2功率因数要求。

如前所述，电子电器设备的待机能耗非常惊人，世界各地的相关法规也非常之多。作为产业链上游的半导体公司，也积极运用各种技术来帮助降低电源的待机功耗。

而要解决待机能耗问题，同样必须搞清楚损耗在哪里。在电源电路中，通常的待机损耗来自启动电路、驱动电路、开关损耗、偏置电路、输出整流器、磁性元件等。电源管理芯片可以通过集成一些功能和技术，针对上述待机损耗来源制定相应对策来实现待机功能。以安森美半导体为例，常见的待机技术有跳周期、频率回走等。

高压启动和动态自供电。在传统的诸如使用UC3842设计的电源启动电路中，通常都采用从高压(直流300 V～400 V)串接一个高阻值电阻来启动电源。此电阻构成了待机功耗重要部分。一般情况下不得不尽量加大该电阻阻值以降低损耗。但是由此带来的后果就是导致启动时间延长，这在某些应用中如适配器电源是不允许的。安森美半导体很多电源管理芯片内置高压电流源，可以直接从高压端与电源芯片相连启动电源。当电源启动后辅助电源工作VCC开始工作，内部高压电流源关断由VCC供电。这样既可以降低启动损耗又可以有效保证启动时间。另外，安森美半导体的专利技术动态自供电(DSS)可以省去启动电阻并无需从变压器引出VCC线圈(图3），该技术在某些应用如CRT的待机设计中可以起到独特的作用将待机损耗降至极低。