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全球环保风潮下的绿色电源发展趋势

编辑:赣州中企鑫业科技有限公司  字号:
摘要:全球环保风潮下的绿色电源发展趋势
全球对环保和节能越来越重视,从个人到企业,越来越多开始意识到节能的重要性。电源的发展也顺应此潮流,纷纷开发符合这一趋势的新产品。
要开源节流,除随手关灯、关电外,降低产品的耗电量也必不可少。无论是对个人还是企业用户,PC产品都是很重要的能耗源。多数人以为,采用低功耗CPU、存贮器、芯片就可以替计算机系统省电,但其实真正耗电的是“电源”!
如今电子产品技术日新月异,己实现45纳米加工工艺,甚至朝向32纳米迈进,让IT产业的主要耗电组件中央处理器(CPU)的功耗(Power Consumption)持续降低,要求电源的输出功率与瓦数也随之降低。但是瓦数降低的同时需要提高转换效率,这加大了电源开发的技术难度。转换效率越佳,对电力的消耗就会相对减少,因此电源转换效率的提高对于节能会有相当大的帮助。
身为能源运用的重要一环,电源产业无法置身于全球环保风潮之外,全球个人计算机(PC)所使用的电源的转换效率(Efficiency)只要提高1%,1年就可望省下约10余座电厂所发的电,对环保与资源的贡献将非同小可。因此近年来,电源产业也朝着节能减碳的方向发展,以符合市场需求。
开关电源(Switch Power Supply)以半导体开关为基础,把输入的交流电转换成直流电,再输出给主机设备。如果无损耗,需要60瓦电力的笔记本计算机,电源的输出和输入都应当只要60瓦,但实际上却需要100瓦输入。因为过去PC用电源的转换效率只有60~70%,原本100瓦的交流电输入,转换得到的直流电只剩下60~70瓦,剩余30~40瓦全被转成热能散失在空气中。
电能损失产生的原因,与电源内部的电容、电感、二极管品质不良、布线不佳、线圈匝数不足以及电容容值太小…等因素有关。随着PC功耗愈来愈高,电源功率也需要越来越高,市面上不少电源的功率已经接近1,000瓦。因此,由转换效率不高造成的能源浪费更为严重。一般人很难分辨出电源的质量优劣,因此第三方认证机构就显得格外重要,其中在PC类最令人关注的就是‘80 PLUS’新标准,它已成为电源产业衡量产品效能的重要标准。
’80 PLUS‘ 为美国Ecos Consulting组织所订,其目的在促使节能科技的发展能够更向前推进这一标准要求电源在20%(light)、50%(typical)、100%(full)3种不同负载下,其转换效率都必须达到80%以上。同时功率因子校正必须大于0.9,才能获得’80 Plus’认可。
在各家厂商的努力下,电源产品的效能持续提高,而80PLUS标准的出现,使电子厂商不得不努力确保电源产品的设计质量达到特定标准。而目前许多服务器业者,更是标榜其搭载的电源,已达到90%以上水平的转换效率,让无形损耗的电力变得更少,不但为地球显着减少能源浪费,更替消费者省下一笔可观的电费开销。
在电源上设计上使用PFC功率因子校正(Power Factor Correction)电路,也可以减少虚功的损失。
所谓功率因子,指的是用有效功率除以总耗电量的比值,功率因子值愈大,其电力利用率愈高。功率因子校正器的运作原理,是控制调整交流电电流输入的时间与波型,使其与直流电电压波型尽可能一致,让功率因子趋近于1.
功率因子越低,代表电力效能越低,即越多电力会无形地消失、耗损掉。一般电子设备没有功率因子校正时,其功率因子只有约0.5;而有PFC功率因子校正功能的电子设备,可以增加电力系统容量、稳定电流,减少电力浪费。
PFC 功率因子校正线路可分为主动式(Active)、被动式(Passive)2种。被动式PFC,由电感、电容等组合电路来降低谐波电流,输入电流为低频的50Hz到60Hz,需要大量的电感与电容,其功率因子校正仅达75%~80%。主动式PFC,使用控制线路及功率型开关组件,通过调整输入电流波型使其与输出电压波形尽可能相似,功率因子校正值近乎100%。
整体来说,采用主动式PFC的电源的重量,比用笨重组件的被动式PFC产品轻巧许多,符合消费性电子产品轻薄设计趋势;且主动式PFC提高功率因子值可达95%以上,被动式PFC约只能改善至75%。采用主动式PFC比被动式PFC能节约更多的能源。
目前英特尔(Intel)发起拯救气候行动计划,以促进电源使用效益及降低耗电量为目标,以节能与减少温室气体排放量为主要目的,从2007年就积极展开行动。能源之星(Energy Star)4.0已将80 Plus列入标准。
80% 转换效率只是目前对电源效能的基本要求,以更长远的眼光来看,在未来克服技术与相关零组件等难题后,电源转换效率势必要达到高于80%的水平。预期未来个人计算机或服务器的电源转换效率将需达90%以上,但这个境界并非一蹴而就,而是逐年循序渐进地增长,由80 PLUS逐步往上延伸,历经80 PLUS BRONZE(铜牌)、80 PLUS SILVER(银牌)、80 PLUS GOLD(金牌)等标准(如附表),至90 PLUS标准。
目前有些产品已经可以达到银牌水平,相信未来1~2年90 PLUS很快就会成为产业通用标准,让电源产业的节能减碳效能更进一步。
节能举措旨在提高效率与性价比,为IT产业开发出更低功耗、更环保的产品。过去大家一味追求电源朝高瓦数发展,现这已经没有太大的意义了,除了一些Gaming玩家对电源有高瓦数需求外,目前的电源已经足够大部分的使用者的需求。
安富利电子元件部(Avnet Electronics Marketing)在三年前就意识到电源的这种发展趋势,在台湾地区成立了一家电源设计中心,开始研发并设计出300W和500W的ATX80+机种,也顺利通过美国80PLUS协会认证,用自己的亲身经验,来引导客户,帮助他们将产品快速投入新市场。
电子产品以环保、节能为诉求,搭载“80PLUS”电源,可提高电源转换效率,节省电源损耗。通过“80PLUS”认证,或是具备主动式PFC电路,都是电源的省电指针,是业者吸引消费者的卖点。
安富利电子元件部的电源设计中心,也在二年前研发设计出140W到300W的LCD TV POWER方案,可以直接支持26寸到47寸电视机用电源。它采用LLC架构设计,输入100V时,效率可达87%,若输入为240V时,效率更可高达90%以上。
此外,小型化也是未来电源的研发趋势。例如液晶电视(LCD TV)的厚度从原来的100mm缩小至80mm,故电源板的厚度也必须从原来的35mm缩小至25mm,体积较过去减少了20%。笔记本计算机(NB)的电源适配器的尺寸也都越来越小,安富利电子元件部的电源设计中心已开发出体积仅为目前市面上通用适配器一半的产品。
电源产业朝节能、小型化2个大方向发展,相信新产品的开发方向更易为市场接受,也将带动新的商机。
转换效率的提高需要开发更多新技术来支持,同时电源相关零组件的技术也需要提高,这样才可以让电源顺利地朝节能与小型化的方向发展。除此以外,更重要的还需将成本持续降低,让用户愿意采用更节能的电源,否则徒然浪费资源开发出更新式的节能产品,却因为价位太高,造成曲高和寡,产品无法普及,节能的美意也就付诸流水了。
发光二极管(LED)电源、太阳能转换器以及电池(Battery)储能等相关零组件领域的新产品开发是未来电源发展的方向。虽然LED、太阳能等产业的发展历史相对较短,但LED目前已经逐渐应用于路灯、交通信号灯等领域,并逐渐应用到日常照明设备这一最大的市场。
高亮度LED最主要的问题是怕热,且高热会使LED光衰竭。安富利电子元件部在亚洲的各个研发中心(Avnet Design Center),都在积极解决这个问题,目前已经有合作供货商开始提供部分产品,配合市政府指定的示范道路,进行测试。估计2~3年就可能开始看到LED照明逐渐普及,这一领域的电源应用也必将得到长足发展。
为中国及广大亚洲地区的客户提供有力的设计支持,安富利电子元件部凭借不同领域的丰富经验和设计实力,在亚太区成立了六家开发不同应用的系统方案设计中心,为客户提供贴近他们需求的设计支持。这些包括专攻LED照明、汽车和工业的上海中心,擅长FPGA的香港中心和着眼LCD TV、多媒体、微处理器和LED照明的深圳中心,进行无线连接和高亮度LED照明的新加坡中心,家电、电源、汽车电子、LED照明和工业设计的班加罗尔中心以及台湾地区的电源产品研究室。各家设计中心不同的核心竞争力让我们既能以不同领域的专业经验为客户提供增值服务,也能集合各领域的优势来实现一个完整的解决方案。
除了设计中心的投入,安富利也跟独立设计工作室合作,加强设计服务。安富利在亚洲地区就与很多设计实力很强的独立设计工作室合作,将他们的IP集成到符合客户需求的产品解决方案中,加速客户产品的上市速度。
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