經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，技術(shù)的不斷進(jìn)步，催生了各種智能家電以及娛樂(lè)視聽(tīng)產(chǎn)品的繁榮。它們令人眼花繚亂的功能徹底改變了我們單一的生活方式。我們一方面在享受各種新鮮產(chǎn)品帶來(lái)的樂(lè)趣，一方面卻不得不面臨待機(jī)能耗使用量劇增而引發(fā)的能源浪費(fèi)問(wèn)題。今年9月，由中國(guó)電子學(xué)會(huì)、英特爾、聯(lián)想等13家電子信息產(chǎn)業(yè)機(jī)構(gòu)聯(lián)合向業(yè)界發(fā)出了“中國(guó)電子節(jié)能倡議書”，號(hào)召各電子信息企業(yè)大力研發(fā)、采用和推廣電子節(jié)能新技術(shù)、新產(chǎn)品，提供有針對(duì)性的節(jié)能技術(shù)解決方案。與此同時(shí)，各國(guó)政府、國(guó)際組織和行業(yè)團(tuán)體也早就出臺(tái)了一系列節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，并且有的已經(jīng)開(kāi)始強(qiáng)制實(shí)施。待機(jī)能耗的迅速增長(zhǎng)和由此引發(fā)的問(wèn)題引起世界各國(guó)越來(lái)越多的關(guān)注，“節(jié)能”已經(jīng)成為一項(xiàng)全球性議題。 各項(xiàng)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)助力“節(jié)能革命” 根據(jù)國(guó)際能源署(IEA)統(tǒng)計(jì)顯示，待機(jī)能耗使用量約占家庭用電量的3~11%。IDC近期對(duì)世界計(jì)算功率估計(jì)用量的研究結(jié)果也顯示，2005年美國(guó)服務(wù)器群的耗電量達(dá)到了美國(guó)當(dāng)年總發(fā)電量的1.2%。這筆能耗的公用事業(yè)費(fèi)為27億美元，僅此一項(xiàng)所消耗的電力相當(dāng)于5家巨型發(fā)電廠晝夜不停的運(yùn)轉(zhuǎn)幾年。單就美國(guó)而言，能耗下降1%就意味著每年可以節(jié)省2,700萬(wàn)美元的巨額費(fèi)用。

機(jī)電控制如果轉(zhuǎn)為直流變換可節(jié)省40%能耗。YKHesmc

在節(jié)能浪潮的推動(dòng)下，各項(xiàng)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)紛紛出臺(tái)。2000年，國(guó)際能源署發(fā)起了“1W計(jì)劃”，目標(biāo)是在2010前將所用電器的待機(jī)能耗降至1W以下。我國(guó)中標(biāo)認(rèn)證中心實(shí)施啟動(dòng)了待機(jī)能耗“1W”認(rèn)證計(jì)劃。而美國(guó)國(guó)家環(huán)保局和能源署向消費(fèi)者推廣的高質(zhì)量和高效率的節(jié)能產(chǎn)品的認(rèn)證項(xiàng)目——能源之星，僅在2006年就為美國(guó)消費(fèi)者節(jié)省了140億美元的電費(fèi)，節(jié)約了相當(dāng)于1.5個(gè)三峽工程或50多個(gè)新發(fā)電站的發(fā)電量。此外，美國(guó)能源署還推出了“80PLUS”計(jì)劃、計(jì)算機(jī)產(chǎn)業(yè)氣候拯救行動(dòng)(CSCI)，致力于提高電源工作效率。歐盟也推出了歐盟生態(tài)標(biāo)簽(EU Eco-Label)、歐盟行為準(zhǔn)則(EU Code of Conduct)等。國(guó)際電工委員會(huì)推出了IEC 1000-3-2 D標(biāo)準(zhǔn)，旨在改善電源諧波污染，提升功率因數(shù)。 創(chuàng)新技術(shù)打造節(jié)能方案 各項(xiàng)節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的推行，為電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)提出了更高的要求。電源芯片廠商需要考慮三方面因素，以達(dá)到節(jié)能環(huán)保要求：一、降低待機(jī)能耗；二、提高電源工作效率；三、改善功率因數(shù)，降低諧波污染。 電源空載及輕載都會(huì)有待機(jī)能耗問(wèn)題?？蛰d時(shí)，如電池充電器、AC-DC墻式適配器等仍會(huì)從交流電源吸收最小功率；而系統(tǒng)輕載時(shí)，依然有一些智能功能在工作，如電視機(jī)、空調(diào)、DVD等其微處理器需要等待遙控信號(hào)。因此，待機(jī)能耗是“節(jié)能”的首要任務(wù)。 電源管理領(lǐng)先供應(yīng)商安森美半導(dǎo)體一直將節(jié)能作為關(guān)注的重點(diǎn)。該公司發(fā)言人指出，要解決待機(jī)能耗問(wèn)題，必須清楚損耗在哪里，這通常包括啟動(dòng)電路、驅(qū)動(dòng)電路、偏置電路、輸出整流器、磁性元件等。例如過(guò)去在待機(jī)工作模式下，傳統(tǒng)的脈沖寬度調(diào)制(PWM)控制器都不考慮待機(jī)的具體要求，因此安森美推出了軟跳周期技術(shù)，其NCP1337增強(qiáng)型PWM電流模式控制器采用這種技術(shù)控制峰值電流并消除一些開(kāi)關(guān)脈沖，從而控制開(kāi)關(guān)損耗，以實(shí)現(xiàn)空載、輕載狀態(tài)下的高能效，并且該技術(shù)還可以在變壓器進(jìn)入跳周期工作時(shí)有效消除噪聲，滿足節(jié)能、待機(jī)與工作狀態(tài)等各種要求。NCP1337利用反饋引腳工作監(jiān)控芯片狀態(tài)，只要功率要求低于預(yù)先設(shè)置的水平，即進(jìn)入跳周期節(jié)電模式。據(jù)介紹，安森美推出的第五款GreenPoint電源參考設(shè)計(jì)就是基于NCP1337芯片開(kāi)發(fā)，GreenPoint不僅滿足而且還超越了部分節(jié)能規(guī)范的要求。該公司表示，300瓦GreenPoint ATX電源參考設(shè)計(jì)在高電壓輸入時(shí)可以達(dá)到86.5%的滿載能效，在20%的輕載時(shí)能實(shí)現(xiàn)82.5%的能效，不僅高于市場(chǎng)上常見(jiàn)ATX電源70%的能效，更高于美國(guó)能源署“80PLUS”計(jì)劃要求，并且非常接近計(jì)算產(chǎn)業(yè)氣候拯救行動(dòng)(CSCI)組織提出的到2011年實(shí)現(xiàn)滿載下87%能效的要求。GreenPoint可應(yīng)用于電源適配器、ATX電源、CRT電視電源和LCD電視電源等。 除此之外，安森美還有一系列技術(shù)滿足電源產(chǎn)品節(jié)能的要求，有的采用更好的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，如準(zhǔn)諧振谷底開(kāi)關(guān)、在2段式轉(zhuǎn)換器中關(guān)斷PFC段降低待機(jī)能耗；有的采用更好的元器件(場(chǎng)效應(yīng)管和二極管等)，如頻率反走、同步整流、軟開(kāi)關(guān)(準(zhǔn)諧振、全諧振)、有源鉗位等提高電源工作效率；有的在主電源轉(zhuǎn)換器中整合PFC，以及在指定應(yīng)用和功率等級(jí)優(yōu)化PFC控制模式，如非連續(xù)導(dǎo)電模式(DCM)、臨界導(dǎo)電模式(CRM)和連續(xù)導(dǎo)電模式(CCM)等，改善功率因數(shù)。 同樣高舉“綠色節(jié)能”大旗的另一業(yè)界巨頭飛兆半導(dǎo)體也推出了一系列功率優(yōu)化方案。飛兆半導(dǎo)體公司技術(shù)及應(yīng)用支持中心亞太區(qū)副總裁王瑞興表示，飛兆現(xiàn)在可以提供以下幾類高能效的產(chǎn)品：智能功率模塊SPM，功率開(kāi)關(guān)FPS，高性能負(fù)載開(kāi)關(guān)IntelliMAX，實(shí)現(xiàn)效率最大化的功率因數(shù)校正(PFC)器件，新一代高壓MOSFET器件SuperFET，以及寬泛圍的集成式電機(jī)驅(qū)動(dòng)解決方案。王瑞興指出，飛兆半導(dǎo)體在提供解決方案方面的業(yè)務(wù)焦點(diǎn)是向著節(jié)能趨勢(shì)發(fā)展，一如既往地根據(jù)法規(guī)或客戶的要求，不斷推出創(chuàng)新的電源解決方案及架構(gòu)，從三個(gè)方面進(jìn)一步提高能效及節(jié)省能源——提高功率因數(shù)(PFC產(chǎn)品)、效率最大化(SPM與FPS產(chǎn)品)、降低待機(jī)功率(綠色FPS產(chǎn)品)。 一直在電源管理產(chǎn)品領(lǐng)域深耕細(xì)作的凌力爾特公司則致力于生產(chǎn)兼具高轉(zhuǎn)換效率和低靜態(tài)電流的電源管理IC。凌力爾特在許多電源管理IC中都采用了其專利突發(fā)模式(Burst Mode)技術(shù)，該技術(shù)最大限度地減小了電源管理IC本身在待機(jī)模式期間所需的電流。在多數(shù)場(chǎng)合中，采用該技術(shù)的產(chǎn)品待機(jī)靜態(tài)電流可低至16μA。凌力爾特電源產(chǎn)品事業(yè)部產(chǎn)品市場(chǎng)經(jīng)理Tony Armstrong表示，節(jié)能型DC/DC轉(zhuǎn)換器中使用的電源管理IC必須具備兩個(gè)重要特性。首先，必須擁有非常高的轉(zhuǎn)換效率。其次，無(wú)論是在待機(jī)模式還是在停機(jī)模式中，都必須具有低靜態(tài)電流。電源管理IC的效率越高，其在轉(zhuǎn)換過(guò)程中的功耗就越低。 美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體則推出了Powerwise技術(shù)，為受能源所限制的數(shù)字設(shè)備如手機(jī)、PDA、手持游戲機(jī)、個(gè)人導(dǎo)航儀和其他設(shè)備提供了先進(jìn)的能源管理解決方案。PowerWise采用自適應(yīng)電壓調(diào)節(jié)(AVS)和閾值電壓調(diào)節(jié)等技術(shù)，將數(shù)字邏輯集成電路的工作和泄漏功耗自動(dòng)降至最低，同時(shí)保持小的系統(tǒng)開(kāi)銷。PowerWise以IP綜合套件形式提供給客戶，具有易于使用的標(biāo)準(zhǔn)硬件接口，該技術(shù)可應(yīng)用于所有CMOS工藝，并且可與任何操作系統(tǒng)或應(yīng)用集成，同時(shí)還可將數(shù)字處理器的能耗降低70%，大大提高了能源效率。

黃漢基：功率放大器開(kāi)關(guān)單元可延長(zhǎng)電池使用壽命，并解決手機(jī)散熱問(wèn)題。

國(guó)家半導(dǎo)體亞太區(qū)電源管理產(chǎn)品市場(chǎng)總監(jiān)黃漢基指出，該公司一系列高能源轉(zhuǎn)換效率產(chǎn)品都采用了Powerwise技術(shù)，包括電源管理系統(tǒng)、運(yùn)算放大器、接口芯片及數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)等產(chǎn)品。他還表示，國(guó)家半導(dǎo)體另一項(xiàng)節(jié)能技術(shù)是“功率放大器開(kāi)關(guān)單元(SuPA)”，可以延長(zhǎng)電池使用壽命，并且解決CDMA/WCDMA手機(jī)的散熱問(wèn)題。采用SuPA技術(shù)的產(chǎn)品可以降低能耗達(dá)80%以上。此外，美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體還推出了新型的封裝形式“micro SMDxt”，可以節(jié)省高達(dá)70%的電路板空間。黃漢基表示，micro SMDxt封裝是原有的micro SMD封裝的技術(shù)延伸，該技術(shù)將使美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體在功率集成上處于領(lǐng)先。 另一家電源管理供應(yīng)商IR推出了其高效的“iMOTION”集成設(shè)計(jì)平臺(tái)，該平臺(tái)是一種優(yōu)化的系統(tǒng)架構(gòu)，將IR特有的高壓集成電路與數(shù)字、模擬和功率構(gòu)造模塊以及用于家電的無(wú)傳感電機(jī)控制數(shù)字控制算法融為一體。該平臺(tái)可使系統(tǒng)效率達(dá)到95%以上。 就在國(guó)際大廠紛紛在節(jié)能領(lǐng)域施展拳腳的同時(shí)，本土廠商也絲毫沒(méi)有懈怠。經(jīng)過(guò)數(shù)十年的發(fā)展，本土廠商的產(chǎn)品逐漸為更多的客戶接受，他們已經(jīng)開(kāi)始在一些領(lǐng)域可以與國(guó)際大廠抗衡。作為一家成立不到3年的電源廠商，昂寶電子在成立之初就一直潛心致力于高性能電源控制IC的研發(fā)，經(jīng)過(guò)兩年努力，開(kāi)發(fā)出具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的“綠色引擎”(GreenEngine)技術(shù)平臺(tái)。昂寶電子市場(chǎng)及銷售副總裁黎波表示，基于“綠色引擎”平臺(tái)的電源管理芯片以綠色環(huán)保、高效節(jié)能為特長(zhǎng)，并且范圍覆蓋各種AC-DC電源轉(zhuǎn)換、充電器、CCFL顯示屏背光電源系統(tǒng)，以及功率因數(shù)校正器等各個(gè)方面。昂寶新近推出的高性能準(zhǔn)諧振PWM控制器OB2202/3，可提供超過(guò)88%的轉(zhuǎn)換效率和實(shí)現(xiàn)低于0.3W的待機(jī)功耗。與傳統(tǒng)的定頻PWM系統(tǒng)相比，準(zhǔn)諧振(QR)技術(shù)在降低EMI噪聲、提高系統(tǒng)效率和減小開(kāi)關(guān)損耗等方面具有明顯優(yōu)勢(shì)，因而越來(lái)越受到用戶的關(guān)注。此外，昂寶還推出了一系列基于“綠色引擎”技術(shù)的產(chǎn)品，可滿足各項(xiàng)節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)，并達(dá)到小于0.3W的待機(jī)節(jié)能要求。 黎波表示，除了“綠色引擎”平臺(tái)滿足節(jié)能環(huán)保要求外，昂寶電子的所有產(chǎn)品材料均符合RoHS指令要求，另外，在電磁環(huán)境綠色環(huán)保方面，昂寶電子采用先進(jìn)的“頻率抖動(dòng)技術(shù)”降低了系統(tǒng)EMI干擾，可以為客戶降低系統(tǒng)成本、縮短設(shè)計(jì)周期。 節(jié)能，從應(yīng)用入手 市場(chǎng)的不斷增容，使得全球?qū)﹄娮釉骷男枨蟠蠓鲩L(zhǎng)，節(jié)能勢(shì)在必行。照明、IT產(chǎn)品和電機(jī)控制是三大高能耗領(lǐng)域。王瑞興表示，僅照明領(lǐng)域一項(xiàng)的能耗就占電能消耗總量的19%。而在過(guò)去的十年，大型路由器的功率要求增加了10倍。臺(tái)式電腦、圖形處理器(GPU)和更大容量的存儲(chǔ)器都要求更高的功率和更多的數(shù)據(jù)中心或互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器群，其功耗相當(dāng)于一個(gè)小型城鎮(zhèn)的耗電量。2005年，需要14個(gè)1,000兆瓦的電廠的發(fā)電量才能維持全球在線數(shù)據(jù)中心的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。對(duì)于電機(jī)控制能耗來(lái)說(shuō)，如果現(xiàn)有解決方案轉(zhuǎn)換到變速DC電機(jī)大約可節(jié)約40%的能源。如果10萬(wàn)戶家庭改用ECC認(rèn)證空調(diào)，每年可省電超過(guò)10GWh，足夠中國(guó)6,100戶家庭使用。他強(qiáng)調(diào)，從白熾燈泡轉(zhuǎn)型為熒光燈或LED燈可以節(jié)能75%，從單相AC電機(jī)轉(zhuǎn)型為變速電機(jī)可以節(jié)能40%，改感應(yīng)電機(jī)為永磁電機(jī)則可提高5%的效率，而降低家電的待機(jī)功耗相當(dāng)于節(jié)能5~10%。 在同樣的照明效果下，LED照明解決方案的能耗僅為一般白熾燈光源信號(hào)燈的10~20%，并且其使用壽命也比普通燈泡延長(zhǎng)了100倍，光線質(zhì)量高且穩(wěn)定。目前以熒光燈、發(fā)光二極管或高密度放電(HID)燈取代白熾燈的工作正在積極展開(kāi)，在許多場(chǎng)合，如景觀照明、信號(hào)燈等都采用了LED照明方式。LED照明已經(jīng)逐漸成為一項(xiàng)全球趨勢(shì)。 隨著超便攜式應(yīng)用的迅速發(fā)展，對(duì)AC-DC適配器或供電插座的需求開(kāi)始增加。中國(guó)信息產(chǎn)業(yè)部2006年12月頒布并于2007年6月強(qiáng)制實(shí)施的“YD/T 1591-2006移動(dòng)通信手持機(jī)充電器及接口技術(shù)要求和測(cè)試方法”標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)AC適配器實(shí)行標(biāo)準(zhǔn)化，可以避免便攜式可充電系統(tǒng)不得不配備自己的專用適配器的麻煩，并且大量減少了電力的浪費(fèi)。此外，液晶電視市場(chǎng)以超出業(yè)界預(yù)期的速度發(fā)展，也為電源IC帶來(lái)極大的市場(chǎng)應(yīng)用前景。 Maxim便攜式通信電源產(chǎn)品業(yè)務(wù)總監(jiān)Tony Lai指出，手機(jī)用戶需要越來(lái)越多的功能，由此引發(fā)了需要高效率的應(yīng)用——LCD背光。LCD背光解決方案要求體積越來(lái)越小，越來(lái)越薄，并且需要更高的效率。這些導(dǎo)致了多樣的電荷泵拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。負(fù)電荷泵的效率要高出傳統(tǒng)正向電荷泵10~12%。Maxim推出的MAX8647/8負(fù)電荷泵，為L(zhǎng)CD顯示器背光供電時(shí)具有較高的效率。MAX8647可用于所有的顯示器背光以及通用照明管理。I²C接口可以對(duì)各個(gè)LED進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)靈活的多區(qū)照明管理。 電源管理IC發(fā)展趨勢(shì) 電源芯片在幫助電源子系統(tǒng)或電子整機(jī)產(chǎn)品不斷提高工作能效、降低待機(jī)能耗和改善功率因數(shù)的同時(shí)，也在朝著集成度更高、保護(hù)功能更強(qiáng)大的封裝更小巧等方向發(fā)展。王瑞興表示，DC/DC轉(zhuǎn)換器的增長(zhǎng)超過(guò)了線性調(diào)節(jié)器，并將朝著取代線性調(diào)節(jié)器的方向發(fā)展。因?yàn)樵诔銛y式應(yīng)用中，效率變得越來(lái)越重要。預(yù)計(jì)未來(lái)數(shù)年后3G電話的電池壽命會(huì)延長(zhǎng)一倍，如果沒(méi)有這種高效的DC-DC轉(zhuǎn)換器，電池尺寸可能會(huì)變的很大。而功率管理市場(chǎng)的另一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)是在板級(jí)、機(jī)架級(jí)和工廠級(jí)對(duì)功率系統(tǒng)內(nèi)部通信的要求。這種要求為數(shù)字功率管理和監(jiān)控以及數(shù)字環(huán)路控制提供了機(jī)會(huì)。數(shù)字環(huán)路控制能夠提供模擬領(lǐng)域很難或無(wú)法實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)(如動(dòng)態(tài)自調(diào)補(bǔ)償)。相比同等的模擬解決方案，數(shù)字實(shí)現(xiàn)方案可以減少達(dá)50%的系統(tǒng)組件數(shù)目，這意味著更高的可靠性和更低的材料清單成本。 Armstrong則表示，在高功耗應(yīng)用中，空間和散熱受到越來(lái)越多的重視。他指出，對(duì)于任何負(fù)載點(diǎn)DC/DC轉(zhuǎn)換器而言，緊湊、高效率和低靜態(tài)電流都是極其重要的，目的在于滿足新興的“綠色”標(biāo)準(zhǔn)。此外，許多微處理器和DSP都需要一個(gè)內(nèi)核電源和一個(gè)輸入/輸出(I/O)電源，在啟動(dòng)期間必須對(duì)這些電源進(jìn)行排序。設(shè)計(jì)人員不得不考慮內(nèi)核和I/O電壓電源在上電和斷電操作期間的相對(duì)電壓和定時(shí)，以與制造商的規(guī)格相符。如果沒(méi)有進(jìn)行正確的電源排序，則有可能發(fā)生閉鎖或吸收電流過(guò)大的現(xiàn)象，從而會(huì)導(dǎo)致微處理器的I/O端口或某個(gè)支持器件(如存儲(chǔ)器、可編程邏輯器件PLD、現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列FPGA或數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器)的I/O端口受損。同時(shí)，由于高性能、高功率電源設(shè)計(jì)對(duì)功率的需求不斷攀升，可用電路板空間同時(shí)也在日趨縮小。不僅如此，對(duì)電源設(shè)計(jì)人員(不管是否富有經(jīng)驗(yàn)的老手)來(lái)說(shuō)，功率密度也使他們面臨著新的重大挑戰(zhàn)。通常，這些設(shè)計(jì)均需要擁有90% 以上的轉(zhuǎn)換效率，以限制功耗量和電源的溫升。熱性能就變得尤其重要，原因是可用于耗散因DC-DC功率轉(zhuǎn)換損耗所產(chǎn)生的熱量的空間非常小，而且空氣流量有限。另外，這些電源還必須具有超群的輸出紋波和瞬態(tài)響應(yīng)性能，同時(shí)限制所需的外部電容數(shù)量，以縮減電源方案的總尺寸。 上海貝嶺股份有限公司市場(chǎng)與技術(shù)支持部經(jīng)理顏重光對(duì)電源產(chǎn)品的發(fā)展趨勢(shì)做給出了一個(gè)綜合性評(píng)價(jià)。他表示，2007年便攜式產(chǎn)品市場(chǎng)對(duì)電源芯片的要求是集成更多的功能、小封裝、低功耗、低噪音、高共模抑止比、低成本、解決散熱瓶頸，電源芯片的一個(gè)發(fā)展方向是集成LDO+Buck+Charge Pump+I2C+SPI等多功能，并向SoC和PMU方向發(fā)展。未來(lái)，電源芯片集成的功能越來(lái)越多、性能越來(lái)越好、封裝越來(lái)越小、價(jià)格越來(lái)越便宜、功耗和待機(jī)電流越來(lái)越小、使用材料越來(lái)越環(huán)保。