低功耗: “绿色”的真正含意是什么?

2009-02-11 11:21:10来源: 凌力尔特

      虽然对我们大多数人而言,2008年是经济动荡的一年,但是,一颗熠熠生辉的“亮点”却存在于“绿色”技术领域之中。实际上,在您的目光所及之处,人们正在推出新型半导体产品,它们凭借其较低的功耗和/或高效转换而拥有了更加出色的环保性能。如果用实实在在的词语来表达,那就是:这些特点减少了一个终端系统的总功耗,而这反过来又有望降低我们对于化石燃料的依赖。由于可以将较低的功耗直接视为等同于所需电力的减少,因此使得上述目标得以实现。而且,较少的电力消耗首先意味着产生电能所需的化石燃料的减少。相应地,这将有助于减少对于我们所居住星球的大气和气候具有负面影响的温室气体。

      为了进一步说明这一点,考虑一下,美国每年总耗电量大约为 4 万亿千瓦 (数据来源:World Book of Facts)。那就是在 4 后面有 12 个零。正像你也许已经猜到的那样,用于发电的生产材料的最大来源是化石燃料,如表 1 所示。

表 1:美国用于发电的生产材料

      因为化石燃料消耗对温室气体的总产量有巨大影响,因此如果我们能对它们的需求减少越多,世界就会越好。无论化石燃料是媒、天然气还是石油,都没有关系,影响是一样的。

      因此,就模拟电源半导体界而言,问题是:对一个模拟电源 IC,绿色的真正含意是什么?为了充分理解这个问题的答案,我们需要理解,一个模拟电源 IC 需要做什么以减轻对最终系统总功耗的影响。

      考虑一下服务器 ——— 那些支撑互联网运行、提供成百上千万 YouTube 视频并保持经济运转的大功率计算机的功耗,从 2000 年到 2005 年,它们的电能使用量翻了一番,到 2010 年可能再猛增 75%。或者,换句话说,在2005年,为了使诸如谷歌 (Google)、微软 (Microsoft) 和 雅虎 (Yahoo) 等因特网巨头所拥有的世界数据中心保持在线状态,其耗电量相当于14家10亿瓦电厂的总发电量。

      就一个用于服务器内的节能 DC/DC 转换器设计中的电源管理 IC 而言,必须具有两种主要属性。首先,它必须拥有非常高的转换效率。其次,它在正常、备用和停机模式时必须拥有低静态电流,以最大限度降低功耗。这一点尤其重要,因为很多系统可能有大量时间处于备用或低功率模式,在这些模式时,它们连续消耗功率,从而使轻负载时的转换效率成为一个关键因素。

      一个 IC 效率越高,那么它在转换过程中消耗的能量就会越少。例如,考虑用在一个 DC/DC 转换器中的两个独立的IC,该转换器在 5V 时向一个设备负载提供 5A (25W) 电流。如果第一个 IC 的效率为 95%,那么:

      POUT/效率 = PIN

      或者,在这种情况下,PIN = 25/0.95 = 26.3W

      不过,如果另一个 IC 的效率仅为 77%,那么:

      PIN = 25/0.75 = 33.3W

      正如可以看到的那样,在这个例子中,能量差是 7W。因此,在第二种情况下,必须产生额外的 7W 功率为该设备供电。这不仅提高了对电源的要求,而且给系统的热设计增加了额外的负担,因为该 DC/DC 转换器还必须以热量形式消散这一功率损耗。

      类似地,如果一个 DC/DC 转换器有大静态电流,那么它在所有工作模式时都需要更多功率 (和能量)。作为另一个例子,考虑一个日常设备,如家庭影院系统。它可以使用 4 到 5 个不同的负载点 (POL) 转换器,因此,总的能耗很快就会累计成一个可观的功耗数字。而且所有这些都是由“电网”供电的。显而易见,通过降低正常、备用或休眠等所有工作模式时的静态电流,可以快速实现实实在在的能量节省。

      最后,虽然某些半导体公司只是突然之间便声称其整个产品库都拥有非常强大的功能,但是用户必需考虑IC在转换效率和总静态电流消耗方面所能提供的指标,以真正地了解并懂得作为“绿色产品”究竟意味着什么。

关键字:低功耗  功率设计  绿色

编辑:王程光 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/dygl/2009/0211/article_1006.html
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