在中國(guó)電子整機(jī)企業(yè)推進(jìn)綠色采購(gòu)、綠色制造和綠色設(shè)計(jì)以迎接RoHS等環(huán)保指令挑戰(zhàn)的過程中，包括中國(guó)在內(nèi)的世界多國(guó)出臺(tái)了要求更趨嚴(yán)格的節(jié)能法規(guī)，使得中國(guó)企業(yè)在設(shè)計(jì)“綠色電源”、進(jìn)行節(jié)能降耗方面面臨著更大的壓力。特別是隨著越來越多的中國(guó)產(chǎn)品出口海外，滿足歐美等地的電源規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)變得愈加重要，電子設(shè)備制造廠商除了需要更注重產(chǎn)品的種種新的特色功能，還需要更加關(guān)注產(chǎn)品的電源管理和節(jié)能特色。與此相應(yīng)的，各種節(jié)電技術(shù)不斷涌現(xiàn)，更高性能的IC解決方案紛紛問世，從而使中國(guó)廠商采用能夠滿足苛刻法規(guī)要求的綠色電源成為可能。

全球節(jié)能，法規(guī)先行

　　為了并推廣高效率節(jié)能產(chǎn)品，并方便消費(fèi)者區(qū)分，全球多個(gè)國(guó)家和地區(qū)紛紛發(fā)布了各種節(jié)能規(guī)范，例如“能源之星”認(rèn)證項(xiàng)目、美國(guó)加州能源委員會(huì)(CEC)、歐盟行為準(zhǔn)則、歐洲高能效電器組織(GEEA)，均把節(jié)能放在環(huán)保的重要一環(huán)。歐洲今年開始執(zhí)行由GEEA發(fā)出的能源標(biāo)簽，中國(guó)在2006年3月實(shí)施的節(jié)能評(píng)價(jià)值指標(biāo)為待機(jī)能耗3W，能效指數(shù)為1.1；2009年3月1日實(shí)施的節(jié)能評(píng)價(jià)值為待機(jī)能耗1W，能效指數(shù)為0.75。

　　對(duì)于上述全球的各種節(jié)能法規(guī)，Power Integrations(PI)公司市場(chǎng)部副總裁Doug Bailey認(rèn)為目前有兩種方式定義能源效率標(biāo)準(zhǔn)：1)規(guī)定電源效率；2)規(guī)定固定功能所允許的總功耗。

1)規(guī)定電源效率-－這種方式一般用于易于測(cè)量的外部電源。通過測(cè)量輸入功率和輸出功率，來計(jì)算從AC轉(zhuǎn)換到低壓DC過程中功率的損失值。今年7月1日開始強(qiáng)制實(shí)施的CEC規(guī)范就是一個(gè)很好的例子。這種標(biāo)準(zhǔn)非常有用，因?yàn)椴还芟蚴裁丛O(shè)備供電都可以規(guī)定供給效率。但這種標(biāo)準(zhǔn)的弱點(diǎn)是功率仍可能被電子設(shè)備所浪費(fèi)。
　
2)總功耗預(yù)算法最適合固定性能設(shè)備的應(yīng)用。許多公司都制造類似產(chǎn)品，例如一個(gè)17寸的電腦顯示器或者一臺(tái)DVD播放器，它們的工作方法實(shí)質(zhì)大都相同。因此，制定規(guī)范的人認(rèn)為這種定義方式能限制能量使用，有助于嘉獎(jiǎng)最高效的設(shè)計(jì)或者懲戒最低效的設(shè)計(jì)。這些標(biāo)準(zhǔn)為設(shè)計(jì)工程師提供了最靈活的設(shè)計(jì)空間，因?yàn)樗�可以選擇設(shè)備滿足效率標(biāo)準(zhǔn)的方式。設(shè)計(jì)師可以使用一個(gè)更有效的電源或者可以減少某些性能，增加一個(gè)電源管理芯片，或者使用一個(gè)效率更高的CPU，或者做出其它方面的權(quán)衡取舍。

　　積極制定和推廣產(chǎn)品能源效率標(biāo)準(zhǔn)、開展節(jié)能產(chǎn)品認(rèn)證是提高能源利用效率的有效途徑。各種環(huán)保和節(jié)能政策給中國(guó)的電子制造商帶來了挑戰(zhàn)和壓力，但同時(shí)也促使了電源產(chǎn)品向更節(jié)能的方向蓬勃發(fā)展。

節(jié)能法規(guī)與環(huán)保趨勢(shì)，共同推動(dòng)電源向更高效發(fā)展

　　為了設(shè)計(jì)出更節(jié)電的系統(tǒng)，飛兆公司應(yīng)用工程師Carl Walding建議，在開始設(shè)計(jì)前，設(shè)計(jì)師應(yīng)該從全局出發(fā)、仔細(xì)研究如何進(jìn)行功率劃分，并決定應(yīng)當(dāng)采取什么步驟。這些研究應(yīng)該包含成本和性能之間的權(quán)衡取舍。

　　具體對(duì)于節(jié)能電源的設(shè)計(jì)，不論是外部電源，還是設(shè)備內(nèi)部電源電路，業(yè)界公認(rèn)應(yīng)該從兩個(gè)方面著手考慮：首先，它必須擁有非常高的轉(zhuǎn)換效率；其次，無論是在待機(jī)模式還是在停機(jī)模式中，它都必須具有低靜態(tài)電流�！斑@兩方面需求特性多年前就在電池供電的手持式設(shè)備領(lǐng)域中得到人們的認(rèn)識(shí)�！绷杼毓�司電源產(chǎn)品部產(chǎn)品市場(chǎng)經(jīng)理Tony Armstrong指出，“然而，在電信和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)以及各種家電中，兼具高轉(zhuǎn)換效率和低靜態(tài)電流的IC才開始普及。”

面對(duì)節(jié)電設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)，業(yè)界在以下三方面進(jìn)行了不懈的努力。

1.采用多種技術(shù)，顯著提升開關(guān)電源轉(zhuǎn)換效率

　　銅、鐵和人力成本的增加，外加世界各地的功率標(biāo)準(zhǔn)，線性電源生存處境變得艱難。于是曾出現(xiàn)一次巨大的飛躍--線性電源向開關(guān)模式電源的轉(zhuǎn)換，電源平均效率從50％提高到80％。之后，由于開關(guān)電源自身的開關(guān)損耗，進(jìn)一步的效率提升變得困難。目前，業(yè)界通過努力開發(fā)更復(fù)雜的控制算法，使系統(tǒng)在應(yīng)對(duì)不同環(huán)境時(shí)改變運(yùn)行模式，將效率提升到90％以上。當(dāng)然，這其中也在傳統(tǒng)模擬電源系統(tǒng)中引入了更多的數(shù)字電路技術(shù)。

　　在提高電源工作效率方面，業(yè)界廣泛利用有源鉗位、同步整流、諧振模式等拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，一些新的設(shè)計(jì)思路及解決方案由此產(chǎn)生。例如安森美將有源鉗位用于主電源轉(zhuǎn)換電路中，用有源鉗位電路取代傳統(tǒng)的復(fù)位線圈來執(zhí)行變壓器的復(fù)位動(dòng)作。其產(chǎn)品NCP1280和NCP1562有源鉗位電路控制器具有的軟開關(guān)能力及其它獨(dú)特性能，提高了功率段的效率。

　　過去同步整流技術(shù)大多是用在電信交換機(jī)等高功率大型設(shè)備的電源上，但近年來隨著一般PC或消費(fèi)電子產(chǎn)品對(duì)低電壓、大電流需求不斷升高，業(yè)內(nèi)紛紛舍棄功耗較大的肖特基二極管整流，改用同步整流MOSFET以降低功耗。但在100W到300W的反擊電路中，由于同步整流MOSFET的極性轉(zhuǎn)換感應(yīng)需要很高的反向電流，傳統(tǒng)的變壓器控制電路復(fù)雜、笨重、還浪費(fèi)能量。針對(duì)此問題，國(guó)際整流器(IR)公司的智能整流IC IR1167能直接感測(cè)同步整流MOSFET的電壓門限值，實(shí)現(xiàn)了快速準(zhǔn)確的控制，使功耗降至最低。另外，該IC還能提升1%的整體系統(tǒng)效率，把MOSFET溫升減少10度。

　　準(zhǔn)諧振技術(shù)是提升電源效率、減小由經(jīng)典反激電源產(chǎn)生EMI的良好解決方案。UCC28600是TI公司一款8引腳準(zhǔn)諧振控制器，能夠顯著提升消費(fèi)類電子系統(tǒng)與AC電源適配器的能量效率。該款反激PWM器件不僅可在輕負(fù)載條件下實(shí)施準(zhǔn)諧振控制技術(shù)與頻率返送操作，而且還采用專用引腳，以禁用待機(jī)工作下的功率因數(shù)校正(PFC)級(jí)。此外，UCC28600還針對(duì)高達(dá)200W的低能耗電源集成了各種高級(jí)保護(hù)功能，其中包括逐周期電源限制與過電流打嗝重啟模式。UCC28600可使高清電視、LCD與等離子數(shù)字電視中待機(jī)電源在有效功率模式下的效率超過88%，而無負(fù)載功耗級(jí)別不到300mW。

2.注重待機(jī)功耗，減少看不見的功率流失

　　對(duì)于想要出口歐美等地的中國(guó)OEM和EMS廠商，滿足國(guó)際強(qiáng)制執(zhí)行的待機(jī)功耗法規(guī)非常重要。中國(guó)中標(biāo)認(rèn)證中心(CECP)也在產(chǎn)品能效和待機(jī)認(rèn)證方面設(shè)立了標(biāo)準(zhǔn)。例如，全球范圍內(nèi)倡議待機(jī)功耗低于1W；歐盟提議充電器的待機(jī)功耗低于0.1W，現(xiàn)遵從IEA 0.3W建議。在這方面，業(yè)界通常采用跳周期模式、軟跳周期模式、減少切換開關(guān)頻率模式以及脈沖模式等技術(shù)來降低待機(jī)能耗。

　　一般多數(shù)電源控制器需要一定的能量來運(yùn)行和管理它們的開關(guān)和控制功能，這意味著在低功耗或者待機(jī)模式下，它們非常低效而且在某些情況下無法滿足待機(jī)功耗1W的要求。PI新的PeakSwitch產(chǎn)品只需要非常低的運(yùn)行功耗，能進(jìn)行有效的開關(guān)控制同時(shí)擁有適應(yīng)性的電流限制。這樣從300%“峰值”模式功率到低至1W以下待機(jī)功率，它都能產(chǎn)生一個(gè)“恒定效率”的曲線。并且在100倍的輸出功率范圍內(nèi)很容易獲得82%-85%的轉(zhuǎn)換效率。

　　對(duì)控制MOSFET開關(guān)的IC的供電也有兩種設(shè)計(jì)選擇。“典型的反激AC/DC轉(zhuǎn)換電源需要一塊IC，通過反饋信號(hào)來驅(qū)動(dòng)開關(guān)MOSFET以達(dá)到能量的轉(zhuǎn)換。對(duì)于這塊IC的供電，設(shè)計(jì)者一般有兩種選擇-他可以從主電源上為此IC供電或者從所謂的變壓器‘偏置繞組’的輔助電源為IC供電。這種從主電源抽取電流的缺點(diǎn)是從高壓上獲得固定的電流而造成能量浪費(fèi)。偏置繞組方法的缺點(diǎn)是額外的線圈增加了成本和電路的復(fù)雜度。”PI公司的Bailey介紹，“PI的新產(chǎn)品TinySwitch-Ⅲ則只需要很小的電流，就能直接從整流后的主電源獲得能量而不需要一個(gè)偏置繞組，卻仍然滿足全球的效率和待機(jī)功耗標(biāo)準(zhǔn)�！彼�認(rèn)為，去除偏置繞組的是未來電源發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)之一。
　　　
　　傳統(tǒng)上的開關(guān)模式通常采用功率MOSFET作為主要開關(guān)元件，但中國(guó)本土企業(yè)的自主研發(fā)改變了這一概念。南京通華芯微電子的TH101采用經(jīng)濟(jì)型三極管為待機(jī)電源的開關(guān)管，同時(shí)利用其放大作用完成啟動(dòng)，能將啟動(dòng)電阻的功耗減少10倍以上。“近年來，業(yè)內(nèi)每年都有新的芯片出現(xiàn)，但在技術(shù)上的突破并不大，如果在市場(chǎng)的表現(xiàn)不好，就會(huì)自生自滅�！蹦暇┩ㄈA芯微電子公司總工程師陳衛(wèi)斌介紹道，“通華芯是第一個(gè)將功率三極管集成到電源控制芯片內(nèi)的公司，采用專利技術(shù)能及時(shí)防范過載、開關(guān)變壓器飽和輸出短路等故障。因此在技術(shù)性能相近的前提下，產(chǎn)品價(jià)格則非常好，而歐美大公司的同類產(chǎn)品都是采用MOSFET管做開關(guān)管，價(jià)格自然就高。”

3. 抑制諧波污染，PFC控制電路讓電網(wǎng)更純凈

　　除了增加轉(zhuǎn)換效率、減少待機(jī)功耗，隨著電子技術(shù)的發(fā)展和電子設(shè)備的廣泛應(yīng)用，電網(wǎng)中的諧波污染日益嚴(yán)重，給電網(wǎng)帶來額外負(fù)擔(dān)并影響供電質(zhì)量。電源由于內(nèi)部阻抗特性，其功率因數(shù)非常低，提高輸入功率因數(shù)的研究成為電源產(chǎn)品綠色概念的重大課題，也是大多數(shù)國(guó)家解決電力供應(yīng)不足的關(guān)鍵所在。

　　目前提高功率因數(shù)的方法一般分為無源PFC和有源PFC兩大類型，其中有源PFC是通過在電網(wǎng)和電源裝置之間串聯(lián)插入PFC裝置降低諧波。在有源PFC控制芯片中，通常采用的方法有平均電流控制法、峰值電流控制法以及電流滯環(huán)控制法等。很多采用了有源PFC電路的電源產(chǎn)品，電源的功率因數(shù)可提高到0.99，并且對(duì)濾波電容的要求非常低。

　　以PC為例，為滿足IEC 1000-3-2標(biāo)準(zhǔn)，不給交流線路中注入諧波，電源的前端需要PFC控制電路。PFC在ATX電源中的應(yīng)用也經(jīng)歷了從無到有，從無源PFC到有源PFC的演變過程。3C規(guī)范中規(guī)定電腦電源必須使用PFC電路。在決定采用何種PFC控制電路降低諧波時(shí)，需要考慮PFC級(jí)的引入對(duì)系統(tǒng)其余部分的影響，否則將難以滿足整個(gè)電源系統(tǒng)的待機(jī)功率和工作狀態(tài)功率要求。

　　除了提高電源的功率因數(shù)，PFC控制器本身功耗也應(yīng)加以注意。飛兆推出以臨界導(dǎo)通模式工作的有源PFC控制器FAN7528。與傳統(tǒng)的臨界導(dǎo)通模式PFC控制器不同，F(xiàn)AN7528集成了雙輸出控制功能，提高了全電壓輸入情況下的效率。這種集成功能可以去掉PFC不需要的AC電壓整流后的檢測(cè)，因此與同類器件相比，可顯著降低某些適配器應(yīng)用中的待機(jī)功耗。由于無需輸入電壓感測(cè)網(wǎng)絡(luò)，F(xiàn)AN7528較之其它需要感測(cè)輸入電壓的控制器，可將系統(tǒng)功耗削減80mW。除了低功耗外，F(xiàn)AN7528還集成了反饋開路時(shí)使IC失效的功能(僅消耗65μA)，提供防止破壞性能量沖擊的系統(tǒng)保護(hù)能力。