功率已被榨干？从更少的来源提取更多的收获

在当今的世界里，随着效率逐渐成为产品成功的关键因素之一，萃取能力也已经具备了一个全新的概念。人们一直在试图从最有限的资源和技术中提取最大化的产能和输出。无论对于你的手机来说，还是对于桌面电脑、笔记本或者其它电子设备来说，如何令更多的应用使用更少的电源，是我下面将要讨论的。


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随着每种电子产品或者设备增添更多的功能，所需要的功率以及电池的密度或容量也始终在增长。这一变化趋势给我们的现实世界所带来的影响是：大量的发热，功率的消耗，电源的浪费和几十亿只用过的、无人需要的电池组。这些电池组无法被复用，而且如果处置不当，则会给我们的环境带来极大的危害。为了解决这一问题，我们希望不再浪费能量或者功率，而每个电子装置的功能的设计方法和制造工艺能保证低功耗性和高的利用效率。我们当然不希望限制自己的电子装置所能实现的功能度，但是，我们都可以通过设计、技术和部件的集成以及系统架构方面的进步，在节省功耗和降低电力的损失方面做得更好。下面我将沿着这一发展方向依次讨论人们所作出的多方面的努力。

　　设计方面

从设计的角度来看，无论是在集成电路一级还是在电路板一级，都必须通过节电技术和针对各种不同的系统工作模式精心规划其功能的方法来最大限度降低功率的耗用，并保证所预期的或者所需要的输出品质不受损失(无论是哪一方面的品质)。让我们以蜂窝电话为例进行分析。电能的节约可以在不同层次上实现的节约可以在不同层次上实现：

　　技术方面

在节电方面，技术对于每个装置或者元器件在执行特定功能或者达到特定性能时对电力的利用效率高度有着决定性的影响。例如，用于制造集成电路的工艺技术决定了IC运行电压的高低，或者每个器件(晶体管、逻辑门等等)以最小的功率工作时的强固程度。对于晶体管而言，我们将考察器件的增益。以MOSFET为例，我们所关心的是多高的Vgs电压将提供多大幅值的Ids电流。另外，我们还将考虑消耗和泄放宝贵电力的漏电和寄生通道。例如，一个FET 的Rdson将决定晶体管导通时的导通损耗的大小。流过这个沟道电阻的电流将转化为热量，对于该器件的输出而言是一种损耗。

Freescale首创了臻于完美的SMARTMOSTM。该工艺可以保证高功率，而又针对便携式产品的关键性需求进行了优化，如低漏电、低Rdson、高精度和电性能等。


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　　元器件/基本组件方面

无论是无源还是有源的元器件在通电时本身都存在损耗。例如电容本身就有会产生热损耗的串连电阻(ESR)，而电感也存在一定的、固有的直流电阻(DCR)，该电阻也会给电路或者系统带来损耗。Farady告诉你不同的结论：这些器件在理想情况下不存在损耗。但在实践中，没有什么是理想的。即使非电阻性元件本身也存在一些会带来损耗的非理想因素。例如，对于降压变换器而言，当FET关断时，续流二极管两端必须存在一定的正向偏置电压，以便让电流流过。二极管两端的压降也意味着损耗，因为它只起到让电流流过的作用，而对于功率输出并无贡献。类似的，LED也需要一定的正向偏置电压才能保证导通，对于某些彩色LED而言，该电压可以高达4V。感谢技术的不断发展进步，这些我们不希望出现的特性正在被逐步消除。随着电容、电感封装和结构形式在寄生效应方面不断得到改进，ESR或DCR正在下降。肖特基二极管等二极管器件的正向偏压现在得到了降低，于是输出可以获得更多的电压。类似的，LED偏压也在不断降低。

需要大功率时—如何设法从你的电源中获得更多的电力。

除了通过提高应用的效率和在更低的功率下运行来延长电池使用时间的各种关键性需求之外，还存在一些电源电力极为有限(或固定)的应用，在这些应用中，每一焦耳的能力或者宝贵的功率都会决定应用能否启动。也许这类应用最恰当的例子就是PoE(以太网供电)。

PoE是一种通过LAN电缆来传输电能和数据的技术，其基础是IEEE 802.3af标准。它可以借助现有的Cat5、Cat5e和Cat6电缆为通信应用提供实现安全与可靠的供电——15W、48V。例如，它可以为IP电话、WLAN接入点、网络摄像头和各种不同的网络终端供电，所容许的功率范围是12.95W(在接收供电的装置一侧测量值)。

正如许多电路设计者所知道的那样，该电源所提供的有限(或固定)的功率(12.95W)只能支持为数不多的几种应用的运行。例如，如果安装了一个基于Web的、每个摄像头可以由机电式电机控制的监视系统