基于待機能耗問(wèn)題及其電源解決方案

隨著(zhù)家用電器、視聽(tīng)產(chǎn)品的普及，辦公自動(dòng)化的廣泛應用和網(wǎng)絡(luò )化的不斷發(fā)展，越來(lái)越多的產(chǎn)品具有了待機功能，例如電池充電、遙控、數字顯示、定時(shí)、觸控與保溫功能等等， 以隨時(shí)滿(mǎn)足使用者的要求。這些新產(chǎn)品、新技術(shù)在極大地方便我們生活的同時(shí)，也造成了大量的能源浪費。舉例而言， 數字電視的待機能耗在1～5 W 左右，機頂盒待機能耗20～40 W 左右， 個(gè)人計算機和顯示器待機能耗5～1 0 W 左右，手機充電器待機能耗0.5～1 W 左右。根據國際經(jīng)濟合作組織的一項調查稱(chēng)，各國因待機而消耗的能量約占能耗總數的3％～13％。統計數據為：澳大利l 2％ 左右， 韓國1l％ 左右， 德國10％ 左右， 英國8％ 左右， 日本7％ 左右， 美國5％ 左右， 芬蘭5％左右。目前我國城市家

庭的平均待機能耗已經(jīng)占到了家庭總能耗的10%左右，相當于每個(gè)家庭使用著(zhù)一盞15~30W 的“長(cháng)明燈”。 待機能耗像一只隱形的吸血蟲(chóng)，在浪費能源的同時(shí)形成了巨大的環(huán)保壓力。

國際能源署(IEA)于2000 年向全球電器產(chǎn)品生產(chǎn)銷(xiāo)售廠(chǎng)商發(fā)起節能倡議“1瓦計劃”，現已經(jīng)得到歐盟、美國的積極響應，到2010 年所有出口到這些地區的電器產(chǎn)品其待機功耗必須降低到1 瓦，這將成為所有已經(jīng)進(jìn)入和試圖進(jìn)入歐美市場(chǎng)的電子產(chǎn)品廠(chǎng)商們新的非關(guān)稅壁壘。

2．電子電器待機能耗現狀調查

“待機能耗”是指具有待機功能的電器設備在不使用的時(shí)候，沒(méi)有斷開(kāi)電源所發(fā)生的電能消耗。具有待機能耗的電器設備主要有空調、電腦與通訊系統（包括電腦主機、led/' target='_blank'>顯示屏、電腦音響、打印機、掃描儀、充電器、路由器等）、家庭視頻與音頻系統（包括電視機、DVD、VCD、音響、功放、機頂盒、衛星接收器等）。為了避免頻繁插拔電器插頭的麻煩，或是為了保存對電器使用狀態(tài)的設置，許多用戶(hù)很習慣地采用不斷開(kāi)電源而僅用遙控器方便的閉合電器，使電器長(cháng)期處于待機狀態(tài)。待機功能在為居民用戶(hù)提供便利的同時(shí)，也造成了大量的能源浪費。

據上海電力公司近期組織的一項調查顯示，該市空調、家庭視頻與音頻系統、電腦與通訊系統這三類(lèi)主要家用電器的待機能耗總量約為7 億千瓦時(shí)，如果平均每發(fā)電1 千瓦時(shí)，需要消耗468 克原煤，那么將白白浪費30 多萬(wàn)噸原煤。每年7 億千瓦時(shí)的待機能耗，直接造成消費者約3 億元電費支出的浪費。另?yè)W盟委員會(huì )統計，2005 年歐盟25 國安裝有37 億件有待機／關(guān)機模式的產(chǎn)品， 它們會(huì )造成47 萬(wàn)億瓦時(shí)的待機／關(guān)機耗電量， 這相當于64 億歐元的電費。預計到20 1 0 年， 在歐盟范圍內電子電器產(chǎn)品每年的待機／關(guān)機耗電量將升至62 萬(wàn)億瓦時(shí)。如果歐盟成員國采取適當的措施降低待機能耗，1999 年到2010 年之間將節電39 萬(wàn)億瓦時(shí)。

3．國內外待機能耗標準

自 2000 年國際能源署提出電子電器待機能耗“1 瓦計劃” 以來(lái)， 電子電器待機能耗日益得到重視。待機能耗企業(yè)自愿協(xié)議、美國“能源之星” 認證、政府強制法規相繼出臺。我國作為電子電器產(chǎn)品出口大國， 必須熟悉和了解這些協(xié)議和法規，降低產(chǎn)品待機能耗， 跨越待機能耗的技術(shù)壁壘。1992 年，美國環(huán)保署(EPA)和能源部發(fā)起了“能源之星” 工程，此計劃不具強制性。自發(fā)配合此計劃的廠(chǎng)商，一旦其產(chǎn)品滿(mǎn)足“能源之星”能效要求，就可以在其合格產(chǎn)品上貼上“能源之星”的標識。最早配合此計劃的產(chǎn)品主要是電腦等電器，之后逐漸延伸到電機、辦公室設備、照明、家電等?！澳茉粗恰庇媱澮殉蔀閲H標準之一?，F在，全球有2 8 0 0 0 種不同型號的終端耗能產(chǎn)品獲得了能源之星節能認證， 每年銷(xiāo)售能源之星產(chǎn)品超過(guò)10 億件。從2008 年11 月起，“能源之星”第二版開(kāi)始執行，規定電源適配器的待機能耗必須小于0.3W 或0.5W，依適配器的輸出功率而定。

2007 年1 2 月美國頒布了《2007 美國能源獨立與安全法案》，為電器及照明產(chǎn)品制定了第一個(gè)強制性的聯(lián)邦能效標準。其內容與加州能源委員會(huì )(CEC)頒布的《2007 年加州能源委員會(huì )電器效率法規》要求基本相同。韓國宣布于2 0 1 0年實(shí)施產(chǎn)品待機能耗小于1W 強制措施， 是目前最早要實(shí)施強制措施的國家。澳大利亞宣布到2012 年前， 其全部電子電器產(chǎn)品待機能耗在1W 以下。2008年7 月8 日， 歐盟委員會(huì )公布第2005／32／EC 號環(huán)保設計指令的實(shí)施法規議案， 旨在降低所有家庭及辦公室電氣和電子設備在關(guān)機和待機狀態(tài)下的能耗。

2008 年11 月，世界主要手機供應商，諾基亞、三星、LG、摩托羅拉以及索尼愛(ài)立信，共同宣布推出了一項新的更為嚴格的手機充電器待機分級制度，超越了當今世界任何機構現行或提議中的待機功耗規范。根據諾基亞的數據，手機在待機模式下所消耗的電能占到其電能使用總量的60%以上。新的分級制度將以零到五顆星的標志圖案來(lái)區分待機能耗。例如，待機功耗小于或等于30mW 的手機充電器屬于最高星級，在其標簽上印有五顆星。相反，如果待機功耗≤500mW，則充電器標簽上將無(wú)任何星級標記。我們可以做下比較：對于輸出功率相同的充電器，新版”能源之星”EPS2.0 規范所規定的最為嚴格的最大空載功耗為300 mW，若用新的星級標準進(jìn)行*級的話(huà)，則只能*定為二星級。

4．開(kāi)關(guān)電源待機功耗機理分析

目前，大多數100W 以下的電子設備，如電源適配器、充電器、無(wú)繩電話(huà)、ADSL 路由器、LCD 顯示器和DVD 等等，都是采用離線(xiàn)反激式開(kāi)關(guān)電路，將電網(wǎng)提供的85V～275V 交流電轉換為電子設備所需要的直流電壓。正常工作狀態(tài)下，反激式開(kāi)關(guān)電源的損耗主要包括導通損耗和開(kāi)關(guān)損耗，以及控制電路的損耗。待機狀態(tài)下，因為系統的輸出電流接近于零，導通損耗可以忽略，開(kāi)關(guān)損耗和控制電路的損耗成為主要的系統待機功耗。降低待機功耗，應著(zhù)眼于開(kāi)關(guān)損耗和控制電路的損耗的降低。

圖1 給出反激式開(kāi)關(guān)電源在待機狀態(tài)下的主要損耗類(lèi)型，其*率管開(kāi)關(guān)損耗、驅動(dòng)損耗、變壓器磁芯損耗、輸出整流管反向恢復損耗以及緩沖器損耗都屬于開(kāi)關(guān)損耗。各種類(lèi)型的開(kāi)關(guān)損耗都與開(kāi)關(guān)頻率有關(guān)，降低開(kāi)關(guān)頻率可以減少開(kāi)關(guān)損耗?？刂齐娐返膿p耗主要表現為啟動(dòng)電阻上的損耗，而啟動(dòng)電阻的損耗直接與整流后的直流母線(xiàn)電壓和啟動(dòng)電阻值。在保證寬電壓輸入的工作條件下可以通過(guò)降低啟動(dòng)電流的方法來(lái)降低啟動(dòng)電阻損耗。

圖 1 反激式開(kāi)關(guān)電源在待機狀態(tài)下的主要損耗類(lèi)型

5．低功耗待機電源解決方案

作為一家領(lǐng)先的電源管理集成電路制造商，BCD 半導體制造有限公司(簡(jiǎn)稱(chēng)BCD Semi)長(cháng)期致力于高效、低待機功耗綠色電源解決方案的開(kāi)發(fā)、研究。

早在2004 年BCD Semi 公司就率先推出了一顆與工業(yè)標準PWM 控制器384x 完全兼容并具有間歇式低待機功能的“綠色電源”控制器，AP384xG。AP384xG 與標準PWM 控制器384x 相比最明顯的差別在于其內部增加了一個(gè)可控電流源，通過(guò)電流源充電提高Pin CS 的比較電平來(lái)實(shí)現輕載情況下的間歇式工作模式以降低待機功耗。同時(shí)，AP384xG 還特別設計了低啟動(dòng)電流電路，使啟動(dòng)電流從典型的200uA 降低至40uA，大大的降低了啟動(dòng)電阻上的損耗。

由于設計上的特別考量，AP384xG 具備了與標準PWM 控制器384x 完全兼容的特性，提供所謂“Plug-and-Play”的“綠色電源”解決方案。使用者在不需要修改其原有設計的情況下，用AP384xG 去替換384x 同時(shí)調整極少數的電阻、電容參數，就可以大幅度地提高電源轉換效率(55% #1048774; 65%)并減