唐曉泉

以串聯(lián)穩(wěn)壓電路為代表的線性電源技術(shù)在不同的電子時代其具體實現(xiàn)方式由電子管、晶體管過渡到了集成電路，但其基本電路原理卻沒有本質(zhì)性的變化，以“通電即開、恒定電壓供給”為默認(rèn)屬性來定義電子產(chǎn)品中各個部分的電源供已成為傳統(tǒng)電子產(chǎn)品設(shè)計的潛在規(guī)則。隨著電子技術(shù)、信息技術(shù)在人們生活中的不斷滲透，為人類服務(wù)的電子產(chǎn)品在數(shù)量上不斷增加，其能量消耗已大大超過了人們生活中照明所用的能源，嚴(yán)峻的能源危機迫使電源技術(shù)從電子產(chǎn)品的后臺走向前臺。顛覆傳統(tǒng)的電源設(shè)計理念，不斷地在電源技術(shù)領(lǐng)域創(chuàng)新，是實現(xiàn)綠色電子產(chǎn)品的重要措施。

家用電器：開關(guān)電源日漸普及

除了電視機外，歷史上以照明、電冰箱、空調(diào)為代表的傳統(tǒng)家用電器曾經(jīng)經(jīng)歷了不含任何電子單元的純電器時代。那個時代的家用電器由于不需要電源單元，或者對電源單元需求十分簡單，電源技術(shù)的發(fā)展幾乎與家用電器沒有任何關(guān)系。

隨著電子技術(shù)和信息技術(shù)的高速發(fā)展，特別是數(shù)字化浪潮的推動，在新的數(shù)字化家用電器不斷產(chǎn)生的同時，電子技術(shù)和信息技術(shù)已開始浸入到傳統(tǒng)的家用電器之中。由電子技術(shù)和信息技術(shù)裝備起來的新一代家用電器的供電模式、能源消耗也發(fā)生了重大的變化，家用電器功能的增加往往以犧牲能源使用效率為代價：電視機屏幕尺寸的增加，意味著功耗的增加；傳統(tǒng)的家用電器只要斷開機械電源開關(guān)就不消耗能源，而裝備了手感良好的輕觸式控制開關(guān)和具互聯(lián)網(wǎng)接入功能的家用電器只要一插上電源插頭，不管它工作與否都要消耗能源。以不犧牲家用電器的其他功能條件，不斷地在家用電器的電源單元上創(chuàng)新，已成為提高家用電器能源使用效率的重要措施之一。

目前開關(guān)電源取代線性電源或直接介入家用電器。由變壓器和串聯(lián)穩(wěn)壓電路構(gòu)成的電視機電源單元曾是黑白電視機中的標(biāo)準(zhǔn)電源單元。但隨著彩色電視機的出現(xiàn)，由于彩色電視機消耗的功率較大，提高彩色電視機電源單元的轉(zhuǎn)換效率成為降低整機功耗的重要措施之一。同時電子器件的發(fā)展使開關(guān)電源在價格上能被彩色電視機所接受，因此當(dāng)電視機由黑白過渡到彩色的過程中，其電視機的電源單元也由線性電源過渡到了開關(guān)電源。

開關(guān)電源在成功地進(jìn)入電視機領(lǐng)域之后，借助它在轉(zhuǎn)換效率、體積和重量上優(yōu)勢，很快取代其他家用電器中線性電源，進(jìn)入到VCD、DVD、音響、充電器等領(lǐng)域。當(dāng)電子技術(shù)進(jìn)入到照明、空調(diào)、電冰箱等純電器構(gòu)成的家用電器領(lǐng)域時，改變了這些家用電器的工作方式，線性電源不能滿足它們的要求，開關(guān)電源直接介入過去由純電器構(gòu)成家用電器的領(lǐng)域。

提高家用電器的功率因數(shù)已成為現(xiàn)階段電源技術(shù)創(chuàng)新的重要內(nèi)容。目前采用開關(guān)電源的家用電器的功率因數(shù)低，其能源的利用率也低。

由于開關(guān)電源在家用電器中的大量使用，而且家用電器擁有量巨大，為了提高能源的利用率，目前世界各國紛紛利用法律和標(biāo)準(zhǔn)的形式規(guī)范家用電器的功率因數(shù)，我國的3C規(guī)范中明確指出功率大于75W的電器都要加裝功率因數(shù)校正電路(PFC)。目前采用電子電路實施的主動功率因數(shù)校正是目前電源技術(shù)的主要發(fā)展方向之一。提高家用電器的功率因數(shù)已成為現(xiàn)階段電源技術(shù)創(chuàng)新的重要內(nèi)容，研發(fā)高性價比的功率因數(shù)校正解決方案已成為全球半導(dǎo)體供應(yīng)商共同關(guān)注的課題。

便攜產(chǎn)品：動態(tài)供電成發(fā)展方向

層出不窮的新特奇功能不斷出現(xiàn)在便攜式電子產(chǎn)品之中。我們在享受便攜電子產(chǎn)品中這些新特奇功能時，也將付出能量消耗增大的代價。在短期內(nèi)我們不能指望電池技術(shù)取得多大突破，但人們又經(jīng)受不住便攜式電子產(chǎn)品中各種新特異功能的誘惑，使便攜電子產(chǎn)品設(shè)計者繼續(xù)在“效率”上花功夫。

為了使便攜式電子產(chǎn)品的功耗降到最低，在便攜式電子產(chǎn)品設(shè)計中，以降低功率消耗為最優(yōu)目標(biāo)，根據(jù)便攜式電子產(chǎn)品中各單元的具體特性分別提供優(yōu)化后的電源，已成為目前便攜式電子產(chǎn)品設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)模式。在該模式下，電源技術(shù)由單純的提供恒定的電壓的靜態(tài)供電模式，逐漸轉(zhuǎn)向管理負(fù)載用電的動態(tài)供電模式。在靜態(tài)供電模式下，根據(jù)能源消耗最低原則，在便攜式電子產(chǎn)品內(nèi)部根據(jù)不同功能單元的特性提供不同電壓等級的恒定電壓。最簡單的動態(tài)供電模式是便攜式電子產(chǎn)品的電源單元不僅要提供多個不同電壓等級的電壓，而且還要根據(jù)其負(fù)載的特性隨時開啟、關(guān)閉相應(yīng)的供電回路。

為了進(jìn)一步地降低便攜式電子產(chǎn)品的功耗，一種根據(jù)集成電路工作狀態(tài)分別要求不同工作電壓等級節(jié)能降耗技術(shù)已進(jìn)入實用階段。美國國家半導(dǎo)體公司宣布推出一款采用數(shù)字技術(shù)控制的PowerWise能源管理單元(EMU)LP5550,它可與本公司的功率控制器及ARM公司的智能能源管理(IEM)技術(shù)搭配一起使用，可將數(shù)字處理器核心的功耗減少達(dá)70%。

汽車電子：規(guī)范第二類電器功耗

根據(jù)供電方式不同，在汽車中的電器單元可分為兩類：第一類是發(fā)動機工作后才供電的電器；第二類是由汽車上電瓶永久供電的電器。

第一類電器在電子與電器融合的汽車電子時代，汽車電源技術(shù)成為汽車電子中的一個重要組成部分。如何提高低電壓大電流狀態(tài)下電源的轉(zhuǎn)換效率已成為汽車電源技術(shù)的特殊要求，尋求更低內(nèi)阻的半導(dǎo)體功率器件是提高汽車電源的轉(zhuǎn)換效率的重要措施之一。

第二類電器在不含電子的純電器時代也不存在電源方面的問題。但在汽車電子時代，電源也成為這類電器的一個重要組成部分。由于這類電器由汽車上的電瓶永久供電，它們消耗的電能也是持續(xù)的。和采用220V交流電供電的家用電器和采用電池供電的便攜式電子產(chǎn)品相比，汽車電器的供電方式十分特殊。汽車電瓶中的電能是由發(fā)動機上發(fā)電機提供的，而發(fā)動機是由貯存在電瓶中的電能來啟動的，也就是說如果汽車電瓶中沒有電，就不能啟動發(fā)動機，發(fā)動機不工作，電瓶就不能從發(fā)動機上獲取電能，必須由車外為汽車中的電瓶充電后才能啟動發(fā)動機工作。因此為了保證汽車在有效的停駛時間內(nèi)，電瓶中貯存的電能不因第二類電器的消耗而影響汽車發(fā)動機的啟動，這就強制要求將整車第二類電器能源消耗限制在規(guī)定的范圍內(nèi)。

隨著電子信息技術(shù)在汽車中的不斷滲透，汽車上的電子裝置越來越多，它們所消耗的電能也越來越多，電池的容量限制制約了整車第二類電器的總能源消耗，而人們不可能因為電池容量的原因而放棄享受各種汽車電子給人們帶來的快樂，這就迫使汽車電子設(shè)計者降低單臺汽車電子裝置的功耗、提高能源的利用率上下功夫。家用電器和便攜式電子產(chǎn)品利用電源技術(shù)為電子產(chǎn)品的節(jié)能研發(fā)出了許多切實可行的技術(shù)方案與措施，結(jié)合汽車電子的特點，通過電源技術(shù)領(lǐng)域的創(chuàng)新，為提高汽車電子的能源利用率探索出有效的技術(shù)方案和措施，這將是汽車電子業(yè)面臨的機遇和挑戰(zhàn)。

專家觀點

降低待機功耗成家用電器追求目標(biāo)

持續(xù)降低家用電器的待機功耗是家用電器電源技術(shù)不斷追求的目標(biāo)。家用電器在裝備了手感良好的輕觸式控制開關(guān)、各種搖控開關(guān)和具互聯(lián)網(wǎng)接入功能后，這些家用電器只要一插上電源插頭，即使它們不工作，也會消耗能量。現(xiàn)代家用電器這種插上電源插頭而不工作的狀態(tài)，就是所謂的待機狀態(tài)，家用電器在待機狀態(tài)消耗的能量稱為待機功耗。

和工作狀態(tài)相比，家用電器的待機功耗雖然相對較小，但待機狀態(tài)是持續(xù)的，日積月累，其數(shù)量是不可忽視的。據(jù)飛兆半導(dǎo)體統(tǒng)計，一臺普通電視機每年的待機功耗為32.94kW，以2004年全球銷售的電視機統(tǒng)計，如果2004年全球銷售的每臺電視機都能節(jié)省25.64kW，那么每年大約可節(jié)省4.28TW，足以滿足數(shù)百萬個家庭的電能需求。為了節(jié)約能源，世界各國制定了約束電器待機功耗的法規(guī)，全球范圍內(nèi)倡議待機功耗低于1W；歐盟提議充電器的待機功耗低于0.1W，現(xiàn)遵從IEA0.3W建議；中國3C規(guī)范針對諧波(Harmonic)和EMC彩電綠色電源規(guī)定低于3W。

由于開關(guān)電源并不是在全功率范圍內(nèi)都能保持一個相當(dāng)高的轉(zhuǎn)換效率，在設(shè)計開關(guān)電源時保證了家用電器正常時的轉(zhuǎn)換效率，就不能保證它在待機狀態(tài)下的轉(zhuǎn)換效率。家用電器在引入了開關(guān)電源技術(shù)、功率因數(shù)校正技術(shù)之后，過去便攜式電子產(chǎn)品中特有的電源管理技術(shù)又開始在家用電器中展現(xiàn)身手。根據(jù)家用電器的特點，探索降低家用電器待機功耗的電源管理技術(shù)，提供切實可行的解決方案，將是全球相關(guān)行業(yè)面臨的機遇和挑戰(zhàn)。

來源：中國電子報