待機節(jié)能芯片如何解決工頻電源適配器能耗問題

據(jù)統(tǒng)計，2001年在用的外部電源適配器為100億只，到2006年已達到了150億只，按開關電源與工頻電源6:4的比例，正在使用的工頻電源適配器為60億只，并且每年大約按12%的速率增加。中國是全球最大的工頻電源適配器生產地。2001年，中國電源適配器的總產量約為4億只，銷售額為7.32億美元。預計2006年，僅中國的工頻電源適配器的日產量約為160萬只(一年按10個月生產期，每月25天計算)，占全球總產量的65%。

總的來看，對于中國的家電出口廠商來說，所面臨的主要挑戰(zhàn)至少包括以下幾個方面：

1. 國際對環(huán)保節(jié)能意識越發(fā)強烈；

2. 工頻變壓器屬于傳統(tǒng)的勞動密集型產業(yè)，在技術本身上幾乎沒有發(fā)展的空間；

3. 美國、歐盟以及世界各國對待機能耗的要求越來越高，并且立法執(zhí)行；

4. 待機節(jié)能問題必須尋找新的出路；

5. 成本和性能的雙重壓力要求芯片設計者，必須提供全面有效的技術支持。

如何應對上述挑戰(zhàn)是目前所有的外部電源適配器以及家電配件采購商都需要嚴肅考慮的問題。下面我們將具體的討論JAYTREE待機節(jié)能芯片NA22150P是如何解決待機能耗問題并迎接上述挑戰(zhàn)的。

待機節(jié)能芯片NA22150P功能概述

待機節(jié)能芯片NA22150P是深圳光華源科技有限公司最新推出的用于外部電源適配器從而使外部工頻電源適配器達到超低待機能耗(≤0.1W)的一款芯片(如圖1所示)。



圖1：超低待機能耗技術方框簡圖。

工作電源形成 它是指為控制電路提供工作電壓，采用恒流源的形式(例如鏡像三極管有源元件組成)，在冷端加一穩(wěn)壓管組成，典型的應用如在開關電源電路中的安森美芯片中就是采用這種方法，VCC形成是直掛高壓形式(NCP1012等)。鏡像恒流源電路如圖2所示。



圖2：鏡像恒流源電路。

自同步開關 我們知道所謂同步，即要達到過零觸發(fā)的目的，使外加電壓過零點和BCR(目前功率開關仍以它為主)的觸發(fā)信號一致，避免在非零態(tài)時對器件本身和負載及電源的沖擊，這個大家是非常清楚的。

在此我們提出一個第一個周波就同步的概念：一般自同步器件(如光耦可控硅MOC3020)，進行微觀分析，它的第一個周波是不同步的，而我們做到了第一個周波就同步，使得可靠性提高。簡單地說，不管什么時間施加觸發(fā)信號(可以是直流)，BCR都在過零點才開通(圖3)。



圖3：MOC3020結構電路圖。

微電流檢測 微電流檢測是關鍵技術，采用霍爾器件，放于一個開口環(huán)中，其中的原理是一目了然的，如圖4所示。



圖4：微電流檢測示意圖。

弱信號調理電路 這部分電路也是此技術的又一個關鍵點，我們直接采用高靈敏度的比較器來處理，主要是基于成本和空間考慮。

高壓隔離傳輸 有磁、光到電二種形式，我們考慮要過4,000V高電壓隔離，采用光→電的模式和我們的自同步電路組成，一個恰好的搭配(圖5)。



圖5：一種產品結構形式的使用方法與接線方式圖。

它的安裝工藝很簡單，在不改變原工頻電源適配器的生產工藝及過程下，例如采用普通的硅鋼片材料(例如H50型號)組成的工頻電源適配器，只要簡單地將專用集成電路(ASIC)串進回路即可。如圖6所示。



圖6：接線方式結構圖(AC/AC、AC/DC均可使用)。

全面方案及主要應用

能源之星的全面標準為二個基本點：“空載能耗“與“負載能效”。前面已經解決了低功耗待機問題，解決負載能效的方法如下：采用高導磁的硅鋼片；減少銅線的電流密度；選擇最佳的每伏匝數(shù)；對于AC/DC而言，選用肖特基二極管替代壓降大的普通硅二極管；工藝方面，選擇大的PCB銅鉑面積、導線截面積加粗等。

在應用領域方面，首要，工頻電源適配器。

其次，是機械式電度表節(jié)能。機械式電度表的計量主要由一個電壓元件和一個電流元件組成，應用該項技術可以在電度表不計量時把電壓元件(電壓線圈)從電源中斷開，從來達到節(jié)能的目的。一旦有電流流過電流元件(電流線圈)時自動接通。

第三，節(jié)能插座。目前，同類的技術暫時還沒有先例。類似的技術，運用在插座里面以達到待機節(jié)能的效果，這類產品，其外形像一個電源轉換器，插在電源插座和家電插頭之間，它能自動檢測家用電器的待機信號，切斷電源，同時也可接受遙控開機信號，接通電源，當各類帶有紅外線遙控器控制的家用電器開啟后停用時，不必拔下家用電器插頭，最高的技術可以控制到0.5W，但是這類技術的成本比較高，并且適用范圍也不大，因此不易推廣。

這項技術對于中國的出口也是一項促進，因為待機能耗問題的影響，電器的出口成為了一個“綠色壁壘”，而一旦有了這樣的一項技術，可以去支持的話，這將成為了“綠色杠桿”。但是，從廠商本身考慮，多數(shù)人只考慮銷售前的問題，而后對產品的使用，耗能問題目前重視的程度還不夠，要與工頻適配器串聯(lián)使用，必定在成本上有所增加。因此，我們現(xiàn)階段主要是針對一些高指標的電器產品，尤其是出口到歐美等發(fā)達國家的電器產品，為它們提供這樣技術支持。

經過實驗，對于3~150W，能源之星所要求的功率段均可以達到它的能效要求，我們已經有了全面解決方案與技術支持。信息產業(yè)部電子第五研究所質量檢測中心――中國賽寶(總部)實驗室的檢驗結果是0.09W。略有遺憾的是目前只能做高壓交流輸入，不能應用在直流輸入中，低壓大電流目前也不是非常的適合。不過，我們會進一步研發(fā)設計更加完美的解決方案。

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