- 電源技術(shù)需提高轉(zhuǎn)換效率
- ‘80 PLUS’已成衡量電源產(chǎn)品效能的重要標(biāo)準(zhǔn)
- 主動(dòng)式PFC電源更符合消費(fèi)電子輕薄設(shè)計(jì)趨勢(shì)
- 80 PLUS要求轉(zhuǎn)換效率都必須達(dá)到80%以上
要開(kāi)源節(jié)流，除隨手關(guān)燈、關(guān)電外，降低產(chǎn)品的耗電量也必不可少。無(wú)論是對(duì)個(gè)人還是企業(yè)用戶，PC產(chǎn)品都是很重要的能耗源。多數(shù)人以為，采用低功耗CPU、存貯器、芯片就可以替計(jì)算機(jī)系統(tǒng)省電，但其實(shí)真正耗電的是“電源”！
如今電子產(chǎn)品技術(shù)日新月異，己實(shí)現(xiàn)45納米加工工藝，甚至朝向32納米邁進(jìn)，讓IT產(chǎn)業(yè)的主要耗電組件中央處理器(CPU)的功耗(Power Consumption)持續(xù)降低，要求電源的輸出功率與瓦數(shù)也隨之降低。但是瓦數(shù)降低的同時(shí)需要提高轉(zhuǎn)換效率，這加大了電源開(kāi)發(fā)的技術(shù)難度。轉(zhuǎn)換效率越佳，對(duì)電力的消耗就會(huì)相對(duì)減少，因此電源轉(zhuǎn)換效率的提高對(duì)于節(jié)能會(huì)有相當(dāng)大的幫助。
身為能源運(yùn)用的重要一環(huán)，電源產(chǎn)業(yè)無(wú)法置身于全球環(huán)保風(fēng)潮之外，全球個(gè)人計(jì)算機(jī)(PC)所使用的電源的轉(zhuǎn)換效率(Efficiency)只要提高1%，1年就可望省下約10余座電廠所發(fā)的電，對(duì)環(huán)保與資源的貢獻(xiàn)將非同小可。因此近年來(lái)，電源產(chǎn)業(yè)也朝著節(jié)能減碳的方向發(fā)展，以符合市場(chǎng)需求。
開(kāi)關(guān)電源(Switch Power Supply)以半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)為基礎(chǔ)，把輸入的交流電轉(zhuǎn)換成直流電，再輸出給主機(jī)設(shè)備。如果無(wú)損耗，需要60瓦電力的筆記本計(jì)算機(jī)，電源的輸出和輸入都應(yīng)當(dāng)只要60瓦，但實(shí)際上卻需要100瓦輸入。因?yàn)檫^(guò)去PC用電源的轉(zhuǎn)換效率只有60~70%，原本100瓦的交流電輸入，轉(zhuǎn)換得到的直流電只剩下60~70瓦，剩余30~40瓦全被轉(zhuǎn)成熱能散失在空氣中。
電能損失產(chǎn)生的原因，與電源內(nèi)部的電容、電感、二極管品質(zhì)不良、布線不佳、線圈匝數(shù)不足以及電容容值太小…等因素有關(guān)。隨著PC功耗愈來(lái)愈高，電源功率也需要越來(lái)越高，市面上不少電源的功率已經(jīng)接近1,000瓦。因此，由轉(zhuǎn)換效率不高造成的能源浪費(fèi)更為嚴(yán)重。一般人很難分辨出電源的質(zhì)量?jī)?yōu)劣，因此第三方認(rèn)證機(jī)構(gòu)就顯得格外重要，其中在PC類(lèi)最令人關(guān)注的就是‘80 PLUS’新標(biāo)準(zhǔn)，它已成為電源產(chǎn)業(yè)衡量產(chǎn)品效能的重要標(biāo)準(zhǔn)。
‘80 PLUS’為美國(guó)Ecos Consulting組織所訂，其目的在促使節(jié)能科技的發(fā)展能夠更向前推進(jìn)這一標(biāo)準(zhǔn)要求電源在20%(light)、50%(typical)、100%(full)3種不同負(fù)載下，其轉(zhuǎn)換效率都必須達(dá)到80%以上。同時(shí)功率因子校正必須大于0.9,才能獲得’80 Plus’認(rèn)可。
在各家廠商的努力下，電源產(chǎn)品的效能持續(xù)提高，而80PLUS標(biāo)準(zhǔn)的出現(xiàn)，使電子廠商不得不努力確保電源產(chǎn)品的設(shè)計(jì)質(zhì)量達(dá)到特定標(biāo)準(zhǔn)。而目前許多服務(wù)器業(yè)者，更是標(biāo)榜其搭載的電源，已達(dá)到90%以上水平的轉(zhuǎn)換效率，讓無(wú)形損耗的電力變得更少，不但為地球顯著減少能源浪費(fèi)，更替消費(fèi)者省下一筆可觀的電費(fèi)開(kāi)銷(xiāo)。
在電源上設(shè)計(jì)上使用PFC功率因子校正(Power Factor Correction)電路，也可以減少虛功的損失。
所謂功率因子，指的是用有效功率除以總耗電量的比值，功率因子值愈大，其電力利用率愈高。功率因子校正器的運(yùn)作原理，是控制調(diào)整交流電電流輸入的時(shí)間與波型，使其與直流電電壓波型盡可能一致，讓功率因子趨近于1.
功率因子越低，代表電力效能越低，即越多電力會(huì)無(wú)形地消失、耗損掉。一般電子設(shè)備沒(méi)有功率因子校正時(shí)，其功率因子只有約0.5;而有PFC功率因子校正功能的電子設(shè)備，可以增加電力系統(tǒng)容量、穩(wěn)定電流，減少電力浪費(fèi)。
PFC功率因子校正線路可分為主動(dòng)式(Active)、被動(dòng)式(Passive)2種。被動(dòng)式PFC,由電感、電容等組合電路來(lái)降低諧波電流，輸入電流為低頻的50Hz到60Hz,需要大量的電感與電容，其功率因子校正僅達(dá)75%~80%。主動(dòng)式PFC,使用控制線路及功率型開(kāi)關(guān)組件，通過(guò)調(diào)整輸入電流波型使其與輸出電壓波形盡可能相似，功率因子校正值近乎100%。
整體來(lái)說(shuō)，采用主動(dòng)式PFC的電源的重量，比用笨重組件的被動(dòng)式PFC產(chǎn)品輕巧許多，符合消費(fèi)性電子產(chǎn)品輕薄設(shè)計(jì)趨勢(shì)；且主動(dòng)式PFC提高功率因子值可達(dá)95%以上，被動(dòng)式PFC約只能改善至75%。采用主動(dòng)式PFC比被動(dòng)式PFC能節(jié)約更多的能源。
目前英特爾(Intel)發(fā)起拯救氣候行動(dòng)計(jì)劃，以促進(jìn)電源使用效益及降低耗電量為目標(biāo)，以節(jié)能與減少溫室氣體排放量為主要目的，從2007年就積極展開(kāi)行動(dòng)。能源之星(Energy Star)4.0已將80 Plus列入標(biāo)準(zhǔn)。
80%轉(zhuǎn)換效率只是目前對(duì)電源效能的基本要求，以更長(zhǎng)遠(yuǎn)的眼光來(lái)看，在未來(lái)克服技術(shù)與相關(guān)零組件等難題后，電源轉(zhuǎn)換效率勢(shì)必要達(dá)到高于80%的水平。預(yù)期未來(lái)個(gè)人計(jì)算機(jī)或服務(wù)器的電源轉(zhuǎn)換效率將需達(dá)90%以上，但這個(gè)境界并非一蹴而就，而是逐年循序漸進(jìn)地增長(zhǎng)，由80 PLUS逐步往上延伸，歷經(jīng)80 PLUS BRONZE(銅牌)、80 PLUS SILVER(銀牌)、80 PLUS GOLD(金牌)等標(biāo)準(zhǔn)(如附表)，至90 PLUS標(biāo)準(zhǔn)。
目前有些產(chǎn)品已經(jīng)可以達(dá)到銀牌水平，相信未來(lái)1~2年90 PLUS很快就會(huì)成為產(chǎn)業(yè)通用標(biāo)準(zhǔn)，讓電源產(chǎn)業(yè)的節(jié)能減碳效能更進(jìn)一步。
節(jié)能舉措旨在提高效率與性?xún)r(jià)比，為IT產(chǎn)業(yè)開(kāi)發(fā)出更低功耗、更環(huán)保的產(chǎn)品。過(guò)去大家一味追求電源朝高瓦數(shù)發(fā)展，現(xiàn)這已經(jīng)沒(méi)有太大的意義了，除了一些Gaming玩家對(duì)電源有高瓦數(shù)需求外，目前的電源已經(jīng)足夠大部分的使用者的需求。
安富利電子元件部(Avnet Electronics Marketing)在三年前就意識(shí)到電源的這種發(fā)展趨勢(shì)，在臺(tái)灣地區(qū)成立了一家電源設(shè)計(jì)中心，開(kāi)始研發(fā)并設(shè)計(jì)出300W和500W的ATX80+機(jī)種，也順利通過(guò)美國(guó)80PLUS協(xié)會(huì)認(rèn)證，用自己的親身經(jīng)驗(yàn)，來(lái)引導(dǎo)客戶，幫助他們將產(chǎn)品快速投入新市場(chǎng)。
電子產(chǎn)品以環(huán)保、節(jié)能為訴求，搭載“80PLUS”電源，可提高電源轉(zhuǎn)換效率，節(jié)省電源損耗。通過(guò)“80PLUS”認(rèn)證，或是具備主動(dòng)式PFC電路，都是電源的省電指針，是業(yè)者吸引消費(fèi)者的賣(mài)點(diǎn)。
安富利電子元件部的電源設(shè)計(jì)中心，也在二年前研發(fā)設(shè)計(jì)出140W到300W的LCD TV POWER方案，可以直接支持26寸到47寸電視機(jī)用電源。它采用LLC架構(gòu)設(shè)計(jì)，輸入100V時(shí)，效率可達(dá)87%，若輸入為240V時(shí)，效率更可高達(dá)90%以上。
此外，小型化也是未來(lái)電源的研發(fā)趨勢(shì)。例如液晶電視(LCD TV)的厚度從原來(lái)的100mm縮小至80mm,故電源板的厚度也必須從原來(lái)的35mm縮小至25mm,體積較過(guò)去減少了20%。筆記本計(jì)算機(jī)(NB)的電源適配器的尺寸也都越來(lái)越小，安富利電子元件部的電源設(shè)計(jì)中心已開(kāi)發(fā)出體積僅為目前市面上通用適配器一半的產(chǎn)品。
電源產(chǎn)業(yè)朝節(jié)能、小型化2個(gè)大方向發(fā)展，相信新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)方向更易為市場(chǎng)接受，也將帶動(dòng)新的商機(jī)。
轉(zhuǎn)換效率的提高需要開(kāi)發(fā)更多新技術(shù)來(lái)支持，同時(shí)電源相關(guān)零組件的技術(shù)也需要提高，這樣才可以讓電源順利地朝節(jié)能與小型化的方向發(fā)展。除此以外，更重要的還需將成本持續(xù)降低，讓用戶愿意采用更節(jié)能的電源，否則徒然浪費(fèi)資源開(kāi)發(fā)出更新式的節(jié)能產(chǎn)品，卻因?yàn)閮r(jià)位太高，造成曲高和寡，產(chǎn)品無(wú)法普及，節(jié)能的美意也就付諸流水了。
發(fā)光二極管(LED)電源、太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換器以及電池(Battery)儲(chǔ)能等相關(guān)零組件領(lǐng)域的新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)是未來(lái)電源發(fā)展的方向。雖然LED、太陽(yáng)能等產(chǎn)業(yè)的發(fā)展歷史相對(duì)較短，但LED目前已經(jīng)逐漸應(yīng)用于路燈、交通信號(hào)燈等領(lǐng)域，并逐漸應(yīng)用到日常照明設(shè)備這一最大的市場(chǎng)。
高亮度LED最主要的問(wèn)題是怕熱，且高熱會(huì)使LED光衰竭。安富利電子元件部在亞洲的各個(gè)研發(fā)中心(Avnet Design Center)，都在積極解決這個(gè)問(wèn)題，目前已經(jīng)有合作供貨商開(kāi)始提供部分產(chǎn)品，配合市政府指定的示范道路，進(jìn)行測(cè)試。估計(jì)2~3年就可能開(kāi)始看到LED照明逐漸普及，這一領(lǐng)域的電源應(yīng)用也必將得到長(zhǎng)足發(fā)展。
為中國(guó)及廣大亞洲地區(qū)的客戶提供有力的設(shè)計(jì)支持，安富利電子元件部憑借不同領(lǐng)域的豐富經(jīng)驗(yàn)和設(shè)計(jì)實(shí)力，在亞太區(qū)成立了六家開(kāi)發(fā)不同應(yīng)用的系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)中心，為客戶提供貼近他們需求的設(shè)計(jì)支持。這些包括專(zhuān)攻LED照明、汽車(chē)和工業(yè)的上海中心，擅長(zhǎng)FPGA的香港中心和著眼LCD TV、多媒體、微處理器和LED照明的深圳中心，進(jìn)行無(wú)線連接和高亮度LED照明的新加坡中心，家電、電源、汽車(chē)電子、LED照明和工業(yè)設(shè)計(jì)的班加羅爾中心以及臺(tái)灣地區(qū)的電源產(chǎn)品研究室。各家設(shè)計(jì)中心不同的核心競(jìng)爭(zhēng)力讓我們既能以不同領(lǐng)域的專(zhuān)業(yè)經(jīng)驗(yàn)為客戶提供增值服務(wù)，也能集合各領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)來(lái)實(shí)現(xiàn)一個(gè)完整的解決方案。
除了設(shè)計(jì)中心的投入，安富利也跟獨(dú)立設(shè)計(jì)工作室合作，加強(qiáng)設(shè)計(jì)服務(wù)。安富利在亞洲地區(qū)就與很多設(shè)計(jì)實(shí)力很強(qiáng)的獨(dú)立設(shè)計(jì)工作室合作，將他們的IP集成到符合客戶需求的產(chǎn)品解決方案中，加速客戶產(chǎn)品的上市速度。
