今天，隨著能源短缺和全球變暖現(xiàn)象的加劇，各國(guó)政府都在大力倡導(dǎo)可持續(xù)發(fā)展，提出了各種環(huán)保指令。同時(shí)，環(huán)保意識(shí)也已成為消費(fèi)者的共識(shí)，他們?cè)絹?lái)越關(guān)注小尺寸、多功能、節(jié)能省電等問(wèn)題。美國(guó)的一項(xiàng)最新調(diào)查顯示，有近七成的美國(guó)消費(fèi)者愿意花更多的錢購(gòu)買環(huán)保節(jié)能的產(chǎn)品。這種符合環(huán)保要求的設(shè)計(jì)對(duì)電源市場(chǎng)提出了更高的要求。 

 
能效規(guī)范推動(dòng)高能效產(chǎn)品需求 


在能效規(guī)范和環(huán)保意識(shí)的推動(dòng)下，電源市場(chǎng)正在發(fā)生巨大的變化。2008年全球電源市場(chǎng)預(yù)測(cè)表明，最大的需求來(lái)自計(jì)算機(jī)電源，其次是液晶電視、電子鎮(zhèn)流器、適配器電源。隨著計(jì)算機(jī)、液晶電視、筆記本電腦市場(chǎng)的持續(xù)發(fā)展，對(duì)于這些產(chǎn)品的高能效電源的需求也在與日俱增。 


世界各地的政府機(jī)構(gòu)和行業(yè)組織都紛紛制定相應(yīng)的能耗規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，除了“80 PLUS”，業(yè)界還對(duì)計(jì)算機(jī)電源提出了更新的節(jié)能要求。例如，計(jì)算產(chǎn)業(yè)氣候拯救行動(dòng)(CSCI)提出了更高的節(jié)能要求，也就是計(jì)算機(jī)電源在20%、50%和100%負(fù)載條件下除了要在2007年7月達(dá)到80%，還要在后續(xù)的幾個(gè)時(shí)段達(dá)到更高要求。除了將于2009年7月1日生效的美國(guó)“能源之星”（ENERGY STAR®）計(jì)算機(jī)5.0版規(guī)范，“能源之星”電視產(chǎn)品3.0版規(guī)范和“能源之星”外部電源2.0版規(guī)范也將于2008年11月1日生效。能效規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的日益普及要求所有操作模式的電源轉(zhuǎn)換具備更高的能效，其中包括降低待機(jī)（空載）能耗、提升電源工作效率、采用功率因數(shù)校正（PFC）或減少諧波。 


應(yīng)對(duì)電路段的能效挑戰(zhàn)

能效規(guī)范對(duì)電路段的挑戰(zhàn)主要體現(xiàn)在PFC能效、主轉(zhuǎn)換器能效和次級(jí)能效幾個(gè)方面。要提高這幾個(gè)方面的能效，就必須改善如圖1所示電路紅色框中的元件性能。以下將介紹改善電路段能效的幾種方法。 

 


圖1. 改善圖中紅色框元件的性能就可以提升能效

 

1.改善PFC能效

改善PFC能效的目標(biāo)是為了實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)校正短的效率達(dá)到96%以上。采用無(wú)橋PFC（圖2a）可以減少橋損耗，采用交錯(cuò)式PFC（圖2b）可以滿足較高功率應(yīng)用的要求，以提升PFC能效。此外，還可以利用IC技術(shù)減少開關(guān)損耗，并利用更優(yōu)化的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)來(lái)減少EMI濾波器損耗。 

  

 


圖2a. 無(wú)橋PFC 

 


圖2b. 交錯(cuò)式PFC

 

采用安森美半導(dǎo)體的NCP1605高能效待機(jī)模式PFC控制器就可以提高PFC輕載能效，進(jìn)一步降低損耗。該器件采用高壓電流源，外部設(shè)定固定開關(guān)頻率，并可工作在DCM/CRM模式；可以在待機(jī)條件下軟跳周期（Soft-SkipTM）工作；PFC就緒信號(hào)可以進(jìn)行快速線路/負(fù)載瞬態(tài)補(bǔ)償；谷底導(dǎo)通可實(shí)現(xiàn)過(guò)壓保護(hù)和欠壓保護(hù)；同時(shí)還具備輸入欠壓檢測(cè)、平滑啟動(dòng)的軟啟動(dòng)、過(guò)流限制和閂鎖功能。

 

2. 改善主轉(zhuǎn)換器段能效

要提高主轉(zhuǎn)換器能效可以采用以下幾種方法。一是通過(guò)降低導(dǎo)通阻抗（開關(guān)損耗較高）和/或減小初級(jí)峰值電流和均方根電流來(lái)降低初級(jí)導(dǎo)通損耗；二是考慮采用軟開關(guān)技術(shù)降低開關(guān)損耗；三是通過(guò)減少整流器壓降（使用低正向壓降二極管或FET整流器）來(lái)降低次級(jí)損耗；四是采用更好的磁芯材料來(lái)降低磁芯損耗。表1列出了主要軟開關(guān)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，可供設(shè)計(jì)時(shí)參考。

 

表1. 主要軟開關(guān)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 


 

3. 改善次級(jí)能效

同步降壓轉(zhuǎn)換器是提高能效的好方案，采用DC-DC軟開關(guān)技術(shù)可以進(jìn)一步提升能效。安森美半導(dǎo)體的NCP4302同步降壓控制器的滿載能效比肖特基二極管高2.5%；而NCP4331后穩(wěn)壓器則比傳統(tǒng)磁放大器的能效高7%，都可以為次級(jí)能效的提升做出貢獻(xiàn)。 

安森美半導(dǎo)體的高能效參考設(shè)計(jì)

為了提高能效，安森美半導(dǎo)體提供了幾種典型參考設(shè)計(jì)，可以分別滿足個(gè)人電腦電源能效趨勢(shì)以及提升液晶電視能效等方面的要求。 

 個(gè)人電腦電源參考設(shè)計(jì)

個(gè)人電腦電源能效趨勢(shì)要求符合80 PLUS規(guī)范，這要比68%能效的半橋和73%的雙開關(guān)正激方案分別高出12%和7%。安森美半導(dǎo)體的80 PLUS Silver等級(jí)GreenPointTM ATX參考設(shè)計(jì)（圖3）還要高出約5%。其所有負(fù)載點(diǎn)均可保證符合80 PLUS Silver能效要求，適用于全球各個(gè)市場(chǎng)。 


 

圖3. 安森美半導(dǎo)體的80 PLUS Silver等級(jí)GreenPointTM ATX參考設(shè)計(jì) 


· 220 W液晶電視參考設(shè)計(jì)

將于2008年11月生效的“能源之星”電視產(chǎn)品3.0版規(guī)范旨在提升液晶電視的能效。為此，面板供應(yīng)商需要改善面板，提供更高的屏幕能效，在提供同等光輸出的情況下減少燈的使用，并降低能耗。如今的待機(jī)能耗已低于1 W，很快將低于0.3 W，甚至可能低于0.1 W。 


安森美半導(dǎo)體的220 W GreenPointTM液晶電視參考設(shè)計(jì)（圖4）采用半橋LLC諧振拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，高效而緊湊。其功率因數(shù)符合IEC 61000-3-2規(guī)范要求；纖薄及高能效，η＞88%@ Vin=110 VAC；低待機(jī)能耗，Pin＜0.9 W@ Pout=0.5 W，完全可以滿足“能源之星”電視產(chǎn)品3.0版規(guī)范的要求。 

  

圖4. 安森美半導(dǎo)體的220 W GreenPointTM液晶電視參考設(shè)計(jì) 

  

· 外部電源

美國(guó)環(huán)保署外部電源1.1版和2.0版規(guī)范分別對(duì)激活模式能效標(biāo)準(zhǔn)，以及AC-AC和AC-DC外部電源激活模式能效標(biāo)準(zhǔn)做出了規(guī)定，如表2和表3所示。 
  




在符合上述能效標(biāo)準(zhǔn)方面，與固定開關(guān)頻率、固定導(dǎo)通時(shí)間、固定開關(guān)頻率反走相比，安森美半導(dǎo)體的準(zhǔn)諧振固定導(dǎo)通時(shí)間（QR-FOT）拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)頻率可變（開關(guān)頻率最小時(shí)功率最高），輕載能效最佳，滿載能效也最佳，而且電磁干擾（EMI）較小。因此，它成為了寬輸出功率范圍高能效的最佳選擇，有助于降低待機(jī)能耗、優(yōu)化工作效率和電磁干擾。

 

此外，安森美半導(dǎo)體還推出了非凡系列固定頻率PWM控制器，可以用于外部電源。它采用高壓電流源，內(nèi)置輸入欠壓檢測(cè)和主電源過(guò)壓保護(hù)。并且，還在輕載跳周期模式下降低頻率，具有可調(diào)節(jié)的過(guò)功率保護(hù)功能。經(jīng)典系列準(zhǔn)諧振PWM控制器可在谷底開關(guān)工作，具有谷底鎖定功能，也能在輕載和跳周期模式下降低頻率且具有可調(diào)節(jié)的過(guò)功率保護(hù)功能。 

總結(jié)

計(jì)算機(jī)電源、平板電視、適配器電源所面對(duì)的能效挑戰(zhàn)越來(lái)越嚴(yán)苛，并且變得更加緊迫。作為完整的解決方案提供商，安森美半導(dǎo)體不斷開發(fā)新技術(shù)應(yīng)對(duì)更大的挑戰(zhàn)，為制造商提供可提高電源工作效率、降低待機(jī)能耗的高能效電源方案。 

安森美半導(dǎo)體的電源解決方案設(shè)計(jì)符合全球不斷演進(jìn)的能效規(guī)范要求（能源之星、歐洲COC、美國(guó)加州能源委員會(huì)（CEC）、中國(guó)中標(biāo)認(rèn)證中心，以及其他國(guó)際機(jī)構(gòu)，如澳大利亞AGO、韓國(guó)e-Standby計(jì)劃、日本Top Runner計(jì)劃和Eco Mark計(jì)劃）。正是這一切為安森美半導(dǎo)體贏得了節(jié)電王的美譽(yù)。