今天，隨著能源短缺和全球變暖現(xiàn)象的加劇，各國政府都在大力倡導(dǎo)可持續(xù)發(fā)展，提出了各種環(huán)保指令。同時，環(huán)保意識也已成為消費者的共識，他們越來越關(guān)注小尺寸、多功能、節(jié)能省電等問題。美國的一項最新調(diào)查顯示，有近七成的美國消費者愿意花更多的錢購買環(huán)保節(jié)能的產(chǎn)品。這種符合環(huán)保要求的設(shè)計對電源市場提出了更高的要求。 

 
能效規(guī)范推動高能效產(chǎn)品需求 


在能效規(guī)范和環(huán)保意識的推動下，電源市場正在發(fā)生巨大的變化。2008年全球電源市場預(yù)測表明，最大的需求來自計算機電源，其次是液晶電視、電子鎮(zhèn)流器、適配器電源。隨著計算機、液晶電視、筆記本電腦市場的持續(xù)發(fā)展，對于這些產(chǎn)品的高能效電源的需求也在與日俱增。 


世界各地的政府機構(gòu)和行業(yè)組織都紛紛制定相應(yīng)的能耗規(guī)范標準，除了“80 PLUS”，業(yè)界還對計算機電源提出了更新的節(jié)能要求。例如，計算產(chǎn)業(yè)氣候拯救行動(CSCI)提出了更高的節(jié)能要求，也就是計算機電源在20%、50%和100%負載條件下除了要在2007年7月達到80%，還要在后續(xù)的幾個時段達到更高要求。除了將于2009年7月1日生效的美國“能源之星”（ENERGY STAR®）計算機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)范標準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（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)對電路段的能效挑戰(zhàn)

能效規(guī)范對電路段的挑戰(zhàn)主要體現(xiàn)在PFC能效、主轉(zhuǎn)換器能效和次級能效幾個方面。要提高這幾個方面的能效，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能效的目標是為了實現(xiàn)功率因數(shù)校正短的效率達到96%以上。采用無橋PFC（圖2a）可以減少橋損耗，采用交錯式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)化的拓撲結(jié)構(gòu)來減少EMI濾波器損耗。 

  

 


圖2a. 無橋PFC 

 


圖2b. 交錯式PFC

 

采用安森美半導(dǎo)體的NCP1605高能效待機模式PFC控制器就可以提高PFC輕載能效，進一步降低損耗。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；可以在待機條件下軟跳周期（Soft-SkipTM）工作；PFC就緒信號可以進行快速線路/負載瞬態(tài)補償；谷底導(dǎo)通可實現(xiàn)過壓保護和欠壓保護；同時還具備輸入欠壓檢測、平滑啟動的軟啟動、過流限制和閂鎖功能。

 

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。一是通過降低導(dǎo)通阻抗（開關(guān)損耗較高）和/或減小初級峰值電流和均方根電流來降低初級導(dǎo)通損耗；二是考慮采用軟開關(guān)技術(shù)降低開關(guān)損耗；三是通過減少整流器壓降（使用低正向壓降二極管或FET整流器）來降低次級損耗；四是采用更好的磁芯材料來降低磁芯損耗。表1列出了主要軟開關(guān)的拓撲結(jié)構(gòu)，可供設(shè)計時參考。

 

表1. 主要軟開關(guān)拓撲結(jié)構(gòu) 


 

3. 改善次級能效

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%，都可以為次級能效的提升做出貢獻。 

安森美半導(dǎo)體的高能效參考設(shè)計

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，可以分別滿足個人電腦電源能效趨勢以及提升液晶電視能效等方面的要求。 

 個人電腦電源參考設(shè)計

個人電腦電源能效趨勢要求符合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GreenPointTM ATX參考設(shè)計（圖3）還要高出約5%。其所有負載點均可保證符合80 PLUS Silver能效要求，適用于全球各個市場。 


 

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


· 220 W液晶電視參考設(shè)計

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（圖4）采用半橋LLC諧振拓撲結(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 

  

· 外部電源

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




在符合上述能效標準方面，與固定開關(guān)頻率、固定導(dǎo)通時間、固定開關(guān)頻率反走相比，安森美半導(dǎo)體的準諧振固定導(dǎo)通時間（QR-FOT）拓撲結(jié)構(gòu)頻率可變（開關(guān)頻率最小時功率最高），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)置輸入欠壓檢測和主電源過壓保護。并且，還在輕載跳周期模式下降低頻率，具有可調(diào)節(jié)的過功率保護功能。經(jīng)典系列準諧振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)的過功率保護功能。 

總結(jié)

計算機電源、平板電視、適配器電源所面對的能效挑戰(zhàn)越來越嚴苛，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)計符合全球不斷演進的能效規(guī)范要求（能源之星、歐洲COC、美國加州能源委員會（CEC）、中國中標認證中心，以及其他國際機構(gòu)，如澳大利亞AGO、韓國e-Standby計劃、日本Top Runner計劃和Eco Mark計劃）。正是這一切為安森美半導(dǎo)體贏得了節(jié)電王的美譽。