優(yōu)化電源設計滿足最低能效標準

據(jù)估計，僅美國一個國家，正在使用的電子產(chǎn)品數(shù)量就達到25億件，而每年又有4～5億個新電源售出，所以改善電源效率對于能源效率達標、降低對全球能源的壓力以及緩解技術應用對環(huán)境的不利影響都是至關重要的。但是，由于電源的安裝啟用或選擇通常處于整個產(chǎn)品開發(fā)過程的后期，所以優(yōu)化目標應用設計的時間很短，采購成本方面的選擇余地也不大。由于技術的不斷進步以及推薦性和強制性標準的推出，電源的能效正在不斷提高。

需求

在經(jīng)濟增長、技術發(fā)展突飛猛進以及人口不斷擴張等因素的共同作用下，2005－2030年之間，世界能源消耗增長預計將高達50%，這就相當于從2005年的462×1015BTU猛增至2030年的695×1015BTU（來源：美國能源信息管理局）。

數(shù)量如此巨大的能源消耗超出了自然界的承受范圍，并且會對環(huán)境以及全球居民的生活產(chǎn)生越來越大的影響，因為對于能量需求增加的傳統(tǒng)解決方法是通過建造更多以煤炭、天然氣、核能和石油為燃料的電廠來增加供電量。盡管針對水電、生物燃料、風能和太陽能等形式的可再生能源的研究開發(fā)和應用已經(jīng)取得了巨大進展，但我們對于化石燃料的依賴性意味著我們必須要大幅提高能效；這體現(xiàn)在兩個方面：我們使用電氣產(chǎn)品的方式以及它們固有的能源效率。

倡議活動

根據(jù)美國節(jié)能經(jīng)濟委員會（ACEEE）的分析，在美國，預計節(jié)能倡議活動可以將能源消費降低10.6×1015BTU，大致相當于美國2020年預計能源使用量的10%。

像“能源之星”這樣的倡議活動已經(jīng)取得了很大成功，目前用于對大約60種不同類別的達標產(chǎn)品進行標識。世界許多國家都在通過獲得“能源之星”的認證來協(xié)調(diào)能源效率指導方針。到目前為止，歐洲、中國和澳大利亞都已簽署協(xié)議認可這項倡議活動。

有些國家逐步落實更加嚴格的標準，以促進持續(xù)的改善。例如，日本的“領跑者”計劃首先確定出市場上各類產(chǎn)品中能效最高的產(chǎn)品，然后要求所有競爭品牌在4?6年內(nèi)提高產(chǎn)品能效。沒有達到能效標準的公司將面臨經(jīng)濟處罰。世界各國制定的所有相關規(guī)定，無論是強制性的還是推薦性的，都將電源在待機模式和使用模式中導致的能源浪費作為重點改善目標。

電源的類型和選擇

電子設備的電源可以大致分為線性電源和開關電源（SMPS）：線性電源的設計非常簡單，而SMPS則更加復雜。線性電源的典型效率值在40%～55%之間，而SMPS則可以實現(xiàn)高得多的效率標稱值，在60%～95%之間。

如果僅考慮能效方面的對比，同時設計人員希望使他們開發(fā)的新產(chǎn)品達到推薦性或者強制性的標準，顯然SMPS是最好的選擇。不過，另外兩項因素可能會影響到電源的選用。

與線性電源相比，SMPS更為復雜，這通常意味著物料費用也更高。同時，在某些布局中所使用的更先進、效率更高而容差更小的元件往往要比普通性能元件更為昂貴。線性電源的設計更為簡單，但它要使用像鐵芯變壓器這樣的元件，需要大量的銅制線圈——這可能會影響到成本?？偟膩碚f，SMPS所增加的成本是有限的，有時要低于效率低的線性電源的增量成本。

為了促進更為節(jié)能的SMPS方法的廣泛應用，要使其成本接近或低于線性電源的成本，這一點十分重要。這是因為，當用戶最終面對兩款具有相同性能的產(chǎn)品時，他們往往會選擇成本更低的那一款。同時消費者的環(huán)境意識不斷增強，并開始考慮總體購置成本——即初始購置成本以及產(chǎn)品在整個生命周期中的能源成本——這種概念已經(jīng)在慢慢深入人心。

線性電源通常比SMPS更大、更重。相對于將電源功能集成到產(chǎn)品外殼之中的設計而言，外部電源的設計方式受到這一問題的影響較小。在電源功能的集成設計方式中，線性電源不僅占用了寶貴的空間，而且因為其較低的效率，它所產(chǎn)生的大量廢熱必須進行散熱管理，以便確保設備具有較長的使用壽命和可靠性。如果目標設備希望設計成便攜式的，那么較重的電源也會帶來問題。

效率更高、體積更小而重量更輕的SMPS代表了技術發(fā)展的潮流。在先進的集成式AC/DC控制器和整流器設備的支持下，就可以實現(xiàn)支持低成本、高效率的SMPS設計的新布局。

許多與SMPS相關的損耗都與開關過程有關。像半電橋和全電橋這樣的軟開關技術和布局可以克服這些損耗。除了改善效率之外，這些布局還幫助提高電源轉換器密度（以W/in.3為單位）——這是許多新型產(chǎn)品設計的關鍵需求。以前只用于大功率應用（例如，500W或1kW）的布局，由于它們可以對效率和電源密度產(chǎn)生影響，目前正逐步被中等功率或小功率應用（例如，100W）所采納。

參考設計

像安森美半導體的“綠點”（見圖1）這樣的參考設計為制造商提供了“交鑰匙”解決方案，它能夠達到或超出許多應用中的最低能效標準，例如臺式計算機、機頂盒、筆記本AC/DC適配器和液晶電視。通過提供簡化高能效產(chǎn)品設計的工具，就能夠加快大多數(shù)電子產(chǎn)品的能效水平提升（達到80%或90%這個范圍）進程。據(jù)估計，采用“綠點”這樣的參考設計方法，可以使家用產(chǎn)品的效率提升20%，而辦公室設備產(chǎn)品的效率可提高15%。

圖1 安森美半導體的“綠點”參考設計

高效率的SMPS可以顯著增加電子設備的效率。由于SMPS和線性電源的成本大致相同，這為顯著提高眾多類型產(chǎn)品的效率帶來了巨大機會。這將會幫助設備生產(chǎn)商達到甚至超出推薦性的能效標準以及逐步普及的強制性能效標準。電子產(chǎn)品裝置使用量的攀升和能源可持續(xù)性之間存在矛盾，這意味著我們必須要謀求變化，而顯著改善電源效率將在實現(xiàn)這一目標的過程中發(fā)揮重要作用。