2009年高能效参考设计加快绿色电源及电源适配器上市

      全球对绿色电源的关注不断增强,但这也为电源及电源适配器的设计增添了新的可变因素.设计人员不仅要一贯地考量目标终端设备要求的设计规范,如今还必须顾及各种不断演进、交叠的能效标准.

      这些不断演进的标准带来了多种可变因素.首先,标准本身也在不断地变及多元化.既有政府规范标准,如中国的中标认证中心(CSC);也有业界目标及操作实例,如正在制定的绿色网格(The Green Grid)数据中心能效衡量标准;还有节能项目的品牌和认知度,如美国“能源之星”(ENERGY STAR®);及奖励性项目,如80 PLUS®.因此,既有法规要求,又有自愿性项目;既有政府组织、业界团体,又有影响绿色设计的第三方团体.这些标准一旦设立,就会随着发起组织向更高性能的设计作修改而不断演进,因而要求进一步的工程设计.此外,不同地区和国家的标准也不同.一些业界组织致力做到全球化,虽然它们的标准与政府规范标准有某些相同,但能效等级与适用的终端产品方面仍存在许多差别.

      其次是,这些标准可能也可能不涉及全部三项能效领域:待机能耗、工作能效及功率因数.将待机能耗降至最低,是几乎全球所有充电设备,及在相当大部分时间内电源插头插在插座上、但并非常工作的其它产品的目标.然而,某些功率较大的设备,如带录制功能的机顶盒(STB),包含更多的状态,而非简单的工作(on)及关闭(off),故要求有关产品处于待机模式时有更多的状态定义.消耗大功率及长时间处于完全工作状态的产品中,高工作能效目标很常见.ATX电源的工作能效就是很好的例子,显示了能效标准不断演进的特性,如“能源之星”首先着眼于将一般的65%能效提升至80%能效基准;如今,能效达85%的ATX电源也已应用;而90%能效的产品也在开发.功率消耗大于75 W的产品中常见最低功率因数比例要求.在电源中加入功率因数校正(PFC)可能会推动设计人员考虑他们未使用过的不同拓扑结构.

      第三项主要可变因素是市场需求.某些电源和电源适配器客户根据相应标准指定能效等级,还将要求扩展至支持低于额定电平的交流电压(Vac)电平,从而维持终端产品在输入欠压下的性能.当然,客户及设计人员一直致力把成本降至最低,故即便设计可能达到标准能效等级要求,但市场可能并不愿意为超出要求的能效付出成本.虽然某些产品必须符合规范标准,但在市场未明朗化前, 某些高于规范标准达致奖励的终端产品需求较不明显.开发电源及电源适配器的公司必须平衡法规要求及市场需求情况,并在商业上折衷考虑,平衡投入生产的设计数量及更大批量生产的优势.

      借助高能效参考设计加快绿色电源系统上市
      绿色电源系统设计人员在面对所有这些技术及市场可变因素的情况下,如何才能将其效率提升至最高?如同任何专业设计,设计人员必须保持了解供应商提供的最新器件及设计工具.设计复用、模块化设计、可制造性设计及可持续性,都帮助提升设计效率.在计算机和手机等某些市场,主要芯片组供应商提供参考设计,可能帮助客户将产品快速上市.同样,在电源及电源适配器市场,安森美半导体开发、测试及制造了一系列的公开参考设计,帮助绿色电源系统快速地应用在市场上.

      安森美半导体自成立伊始,推出了高能效的集成电路和分立元件,用于完整的电源管理应用范围.公司在2005年推出了首款GreenPoint®参考设计,用于绿色电源系统,即符合“80 PLUS®”规范的ATX电源系统.这公开参考设计中提供的文档包括功能框图和全部示意图、物料单(BOM)、电路板布线图、设计描述、性能测试结果,以及源自第三方测试的性能验证.这ATX设计在2007年更新,采用了最新的元器件及设计技术.2009年第一季这设计进一步升级至80 PLUS®银级性能等级(完整负载范围及交流电压条件下能效达85%),与演进的标准齐步并进.

      安森美半导体还开发、测试及发布了其它的GreenPoint®公开参考设计,用于阴极射线管(CRT)和液晶显示(LCD)电视、STB、数字至模式电视信号适配器(DTA)等.这些绿色参考设计涵盖8 W(用于DTA)到305 W(用于ATX设计)的宽广功率范围.安森美半导体还为市场提供了一系列的电源适配器参考设计,涵盖5 W至200 W的功率范围(安森美半导体全部GreenPoint®参考设计文档见:www.onsemi.cn/powersupplies).

      这些GreenPoint®参考设计均符合相关设备分类及功率电平最具挑战的标准.这表示客户在他们的绿色电源及电源适配器中使用这些设计,就能够快速地将其产品推向全球市场,并符合当地标准.设计人员也可以选择调配其设计,用于某些区域市场,可能是使用价格相对较廉价的无源元件来降低BOM成本,同时仍满足不那么严格的要求.这使他们公司能够提供价格-性能点各不相同的全套产品组合,并维持基本的产品设计来提高他们的设计效率.

      安森美半导体的所有GreenPoint®参考设计都可立即投入生产,它们采用已面世的硅器件.此外,这些参考设计中使用的所有安森美半导体器件都为无铅产品,且符合RoHS指令要求.

     总结:
     随着各种电源能效、法规、奖励项目、企业自发性项目和消费者意识的改变,电源及电源适配器也趋于更绿色环保,因而设计工程师也将面对更多不同的可变因素.设计复用、模块化设计及诸如GreenPoint®的业界参考设计将不断成为加强生产力的珍贵工具.