内部、外部电源适配器市场的趋势与挑战

2008-07-30 10:20:11 作者：安森美来源：电子工程世界

电源适配器主要包括两类，一类是内部交流/直流(AC/DC)电源转换器，内置在电子产品内部，可能拥有多路输出电压，如台式计算机内部电源等；另一类是外部单路输出AC/DC或交流/交流(AC/AC)电源适配器，拥有单路输出电压，通常简称为外部电源(EPS)，广泛用于打印机、笔记本、LCD显示器和游戏机等应用。

电源适配器的通用市场趋势

从通用市场来看，电源适配器主要体现出一些重要趋势。一是工作能效和待机(空载)能耗要求更高。例如，美国环保署(EPA)“能源之星”项目于2008年4月发布了针对外部电源的2.0版规范，从表1的对比中可以看出2.0版规范的要求高于1.1版规范。这针对外部电源的EPA 2.0版规范将于2008年11月1日开始生效。

表1：“能源之星”外部电源规范对比(Ln为额定输出功率的自然对数)。

而在台式计算机电源等内部电源方面，“能源之星” 的4.0版规范(EPA 4.0)的第一阶段要求自2007年7月20日开始生效。该规范要求台式机在20%、50%和100%负载条件下的能效最低达80%。此外，更新的5.0版规范第一阶段要求将于2009年7月1日开始生效，将要求使用内部电源的计算机在50%负载条件下工作效率最低达85%，而在20%和100%负载条件下最低效率达到82%。

除了“能源之星”这类的业界能效规范要求，某些大型的OEM客户可能还会有自己独特的工作能效和能耗要求。例如，针对计算机电源的EPA 4.0规范对于使用外部电源的笔记本电脑和平板电脑的要求主要体现在待机能耗(≤1.0 W)、休眠能耗(≤1.7 W)等方面；相比较而言，戴尔针对这类电源的要求主要体现在不同特定负载条件下的能效，即在0.7 W(输入功率P_in < 1 W)、1.5 W (P_in <2 W)、10.7 W (P_in < 12.6 W)和17 W (P_in < 20 W)负载条件下，能效分别要高于70%、75%、85%和85%。

值得一提的是，有关能效规范未来仍将不断提高要求和演进。以笔记本电脑AC-DC电源适配器为例，目前业界在空载模式能耗方面的较高水平约在300 mW以上，而未来空载模式下150 mW的能耗可能成为目标。而且，有关多输出适配器的要求也可能被纳入标准之中。

电源适配器市场的另外一个重要趋势，是客户需要具有更高输出功率、更小体积的适配器，这就涉及到新拓扑技术的使用。采用安森美半导体的NCP1605 功率因数校正(PFC)控制器和NCP1396谐振模式控制器可用于设计200 W台式适配器或是300 W适配器。而从笔记本适配器而言，其功率要求已经从50 W至70 W范围上升到超过100 W等级。另外，诸如苹果MacBook Air和联想ThinkPad X300等新型超便携笔记本的电源适配器也更小更轻。

除了这些趋势，另外一个值得注意的动向是，在“能源之星”针对外部电源的正式2.0版规范中对功率因数(PF)限制的放松。实际上，根据已经在欧洲和日本实施的IEC61000-3-2谐波电流减少标准，功率大于75 W的适配器应用中需要PFC。目前市场上既有传统的“功率因数校正+脉宽调制”(PFC+PWM)两段式架构，也有将这两段融合为一段的单段PFC式架构。两段式架构能够在115 Vac和230 Vac条件下都实现0.9的功率因数，而且动态响应速度和纹波方面的性能更佳，但这种架构是一种资源密集型设计，会采用更多的元器件，如控制IC、电感和MOSFET等，而且可能会导致工作模式下能效的下降；相比较而言，另一种单段式PFC架构将PWM段和PFC段融合在一起，减少了控制IC、电感和MOSFET的使用，实现了能效的提升和显著的成本降低。只不过，单段式PFC架构的外部电源在230 Vac测试条件下，功率因数通常只大于0.8，离0.9的限制还有不少距离，要实现0.9的功率因数限制要求，需要对电路进行一些修改，但这种修改又会损失几个百分点的能效。

图1：单段PFC架构的适配器结构示意图。

因此，针对外部电源的“能源之星”正式2.0版规范中，将功率因数要求限制在输入功率大于100 W的外部电源和115 Vac电压的测试条件，而对230 Vac则不作要求；设计用于同时能够工作在115 Vac和230 Vac条件下的外部电源在功率因数方面只需要满足115 Vac条件下的测试要求。这样一来，具有更高性价比、适合电源适配器等应用的单段式PFC将赢来更大的发展动力。