優(yōu)化電源設計符合最低能效標準

據估計，僅美國一個(gè)國家，正在使用的電子產(chǎn)品數量就達到25億件，而每年又有4～5億個(gè)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(shù)應用對環(huán)境的不利影響都是至關(guān)重要的。但是，由于電源的安裝啟用或選擇通常處于整個(gè)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程的后期，所以優(yōu)化目標應用設計的時(shí)間很短，采購成本方面的選擇余地也不大。由于技術(shù)的不斷進(jìn)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(cháng)、技術(shù)發(fā)展突飛猛進(jìn)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(cháng)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(lái)源：美國能源信息管理局）。

數量如此巨大的能源消耗超出了自然界的承受范圍，并且會(huì )對環(huán)境以及全球居民的生活產(chǎn)生越來(lái)越大的影響，因為對于能量需求增加的傳統解決方法是通過(guò)建造更多以煤炭、天然氣、核能和石油為燃料的電廠(chǎng)來(lái)增加供電量。盡管針對水電、生物燃料、風(fēng)能和太陽(yáng)能等形式的可再生能源的研究開(kāi)發(fā)和應用已經(jīng)取得了巨大進(jìn)展，但我們對于化石燃料的依賴(lài)性意味著(zhù)我們必須要大幅提高能效；這體現在兩個(gè)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(dòng)

根據美國節能經(jīng)濟委員會(huì )（ACEEE）的分析，在美國，預計節能倡議活動(dòng)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(dòng)已經(jīng)取得了很大成功，目前用于對大約60種不同類(lèi)別的達標產(chǎn)品進(jìn)行標識。世界許多國家都在通過(guò)獲得“能源之星”的認證來(lái)協(xié)調能源效率指導方針。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(dòng)。

一些政府推行強制性標準，采取了更強硬的立場(chǎng)?？紤]到今后的環(huán)境挑戰，這種做法有望成為大勢所趨。

有些國家逐步落實(shí)更加嚴格的標準，以促進(jìn)持續的改善。例如，日本的“領(lǐng)跑者”計劃首先確定出市場(chǎng)上各類(lèi)產(chǎn)品中能效最高的產(chǎn)品，然后要求所有競爭品牌在46年內提高產(chǎn)品能效。沒(méi)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(guān)規定，無(wú)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(diǎn)改善目標。

電源的類(lèi)型和選擇

電子設備的電源可以大致分為線(xiàn)性電源和開(kāi)關(guān)電源（SMPS）：線(xiàn)性電源的設計非常簡(jiǎn)單，而SMPS則更加復雜。線(xiàn)性電源的典型效率值在40%～55%之間，而SMPS則可以實(shí)現高得多的效率標稱(chēng)值，在60%～95%之間。

如果僅考慮能效方面的對比，同時(shí)設計人員希望使他們開(kāi)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(guò)，另外兩項因素可能會(huì )影響到電源的選用。

與線(xiàn)性電源相比，SMPS更為復雜，這通常意味著(zhù)物料費用也更高。同時(shí)，在某些布局中所使用的更先進(jìn)、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(xiàn)性電源的設計更為簡(jiǎn)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(xiàn)圈——這可能會(huì )影響到成本?？偟膩?lái)說(shuō)，SMPS所增加的成本是有限的，有時(shí)要低于效率低的線(xiàn)性電源的增量成本。

為了促進(jìn)更為節能的SMPS方法的廣泛應用，要使其成本接近或低于線(xiàn)性電源的成本，這一點(diǎn)十分重要。這是因為，當用戶(hù)最終面對兩款具有相同性能的產(chǎn)品時(shí)，他們往往會(huì )選擇成本更低的那一款。同時(shí)消費者的環(huán)境意識不斷增強，并開(kāi)始考慮總體購置成本——即初始購置成本以及產(chǎn)品在整個(gè)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(xiàn)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(wèn)題的影響較小。在電源功能的集成設計方式中，線(xiàn)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(jìn)行散熱管理，以便確保設備具有較長(cháng)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(huì )帶來(lái)問(wèn)題。

SMPS高級布局

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

許多與SMPS相關(guān)的損耗都與開(kāi)關(guān)過(guò)程有關(guān)。像半電橋和全電橋這樣的軟開(kāi)關(guān)技術(shù)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(guān)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(diǎn)”（見(jiàn)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(guò)提供簡(jiǎn)化高能效產(chǎn)品設計的工具，就能夠加快大多數電子產(chǎn)品的能效水平提升（達到80%或90%這個(gè)范圍）進(jìn)程。據估計，采用“綠點(diǎn)”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(diǎn)”參考設計

高效率的SMPS可以顯著(zhù)增加電子設備的效率。由于SMPS和線(xiàn)性電源的成本大致相同，這為顯著(zhù)提高眾多類(lèi)型產(chǎn)品的效率帶來(lái)了巨大機會(huì )。這將會(huì )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性之間存在矛盾，這意味著(zhù)我們必須要謀求變化，而顯著(zhù)改善電源效率將在實(shí)現這一目標的過(guò)程中發(fā)揮重要作用。