充分利用家中的电能

Power Integrations公司 Rich Fassler

据估计，发电所产生的二氧化碳占全部排放量的近40%。如果能减少电力需求，就可以有效减少温室气体的排放，保护我们的环境。近期的研究揭示了在私人住宅中究竟有多少电能被浪费了，甚至是在这些住宅入住以前。设计工程师们正考虑采取新办法来设计节能的产品，法规的要求是也促使他们这么做的部分原因。

加热、空调、照明、烹饪和冷藏显然是住宅中消耗电能的主要部分，并且也引起了人们的很多关注。然而，浪费能源的还有其他一些地方。

那些看起来已经关掉的电器常常被忽略，但它们还在悄悄地浪费能源，因为它们在空转状态下还会继续耗电。外置电源、DVD播放机、机顶盒和电视机都可以归到这一类产品中。政府的法律和议案都把重点放在设定最大无负载和待机功耗的限值上，设计工程师必须采取新的解决方案。
背景研究

一些机构正在开展一些新的研究项目，其中Berkeley国家实验室对加州的13个新建尚未入住的住宅中的电器设备进行了研究。

在建筑物内安装的所有家用电器都装上了测量仪器，测试它们在运转和待机模式下的功耗。结果表明，这些未入住的住宅平均每年消耗800kWh的电能，其中有一半是在低功率的待机模式下消耗的。440kWh的耗电量可以换算成50W的持续待机功率，这可是还没有住人的房子。有些设备的功耗比预计的待机功耗要大，如燃气壁炉的功耗是5W，车库门开启装置的功耗是5.4W，监控摄像机和宽带路由器的电源功耗是20W。

由于消费类电子产品的快速发展，可以肯定的是，住户还需要更多的其他家电设备，例如家庭娱乐设备、有线和无线网络设备，这些设备在待机模式下的功耗可能与上面提到的设备功耗不相上下。

在新技术和政府法规如何互相促进方面，数字电视适配器是很有说服力的成功案例。预计到2009年2月，在全美的家庭中将有近3000万部数字电视适配器，这些适配器既没有接电缆也没有接卫星电视。目前，能源之星计划正在制定标准，要求在睡眠模式下的最大功耗为1W，并且如果在几小时内还不工作，就强制性地自动关机。

外置电源转换模块

公众对全球变暖的了解不断增加，世界各地的立法机构也在不断颁布更加严格的节能标准，并且各国各地区的不同标准也在趋于统一。

最明显的例子是，包括欧盟、中国的CECP、澳大利亚温室办公室、韩国的KEMCO都准备采纳美国能源之星和加州能源法案(CEC)类似的标准。最近，有些机构已不再只是敦促厂商自愿采纳标准，转而要求厂商必须遵守这些强制性标准了。在美国，很多州直接采纳了CEC的标准，并作为强制性的要求。

外置电源标准显示了一个重要的立法趋势。除了要求低功率适配器在无负载情况下的功耗要小于0.5W，还要求在很宽的负载范围内，效率都要达到一个最低值，如表1所示。



不增加成本或用低成本实现高效率

由于法律法规不断增加，就要求设计师能够满足这些严格的要求。要把效率提得那么高，的确是一个挑战，但好消息是，芯片技术的进步使得电源能够在一定的功率范围内，一直保持很高的效率，待机功耗也极低，而且不需要额外的成本。

以前，很多内置和外置电源制造商都采用线性变压器和稳压器。这种传统方法很少能达到50%的效率，在无负载的时候会浪费很多能源。随着近年来铜材价格的上涨，这种线性电源的成本优势已经消失了，所以几乎所有的新型电源都采用了开关电源技术。

Power Integrations公司在1998年推出了名为EcoSmart的高能源效率的电源技术，可以在待机和无负载情况下实现很高的效率，而且还减少了外部器件的数量，降低了系统成本，提高了可靠性。采用类似EcoSmart技术的IC都有检测低功耗状态的电路，采用一个或更多的步骤来改善效率。一是降低占空比，限制向负载输出的功率，吸收更少的输入电流。二是采取周期跳越，在等待设备唤醒时，只在一个很短的时间内消耗能量。这样就可以有效地降低平均工作频率，减少开关损耗并提高效率。

采用这种功率转换芯片的典型应用电路如图1所示，该电路采用了TinySwitch III稳压芯片、偏压线圈，只需3个外部器件，将待机功耗从300mW降至30mW，增加的器件成本只有0.01美元，而每年节省的能源价值 0.27美元。图2显示，在整个功率范围内，该设计都保持了相当高的效率，符合目前的发展趋势。





有人设想，未来只用一块太阳能电池板就可以满足整个住宅的能源需求。虽然人们在智能住宅的设计上已经取得了巨大进步，但由于房门开启器、安全摄像机，以及其他附属设备对电能需求的不断增加，要达到上面这个目标显然还有很长的路要走。现在，电子设备设计师必须使用高效率的开关电源，用开关电源取代浪费能源的线性电源，并且满足旨在提高能源效率的新法规的要求。

From：今日电子