绿色设计:“开源”与“节流”并举

2008-06-02 13:39:57来源: 电子系统设计

  当前电源系统可以在两个方面挖掘潜力,一是“节流”,即提高电源系统能效,降低功耗;二是“开源”,即寻求更清洁、环保的绿色能源。

      提升转换效率是优化电源系统性能,实现“节流”的重要一环,究其原因是各项节能环保标准及规范对现有电源系统提出了种种要求。例如,国际能源署(IEA)倡导的“1瓦计划”提出在2010前,要将所有电器的待机能耗降至1瓦以下;80 PLUS标准要求台式PC机的效率在不同负载条件下都要高于80%;欧洲IEC555管理条例规定,功率超过75W的产品就需要增加PFC;美国加州能源委员会(CEC)则出台了针对外部电源的强制性能效标准。必须采取措施来满足这些电源标准和规范。

      AC/DC转换的效率既与原材料本身相关,也涉及设计复杂程度和设计技巧的问题。针对具体功率应用需求选择合适的工作模式,优化材料的选用并采用合适的设计技巧,能够有效地提升转换效率。除了采用损耗较低的器件,改善AC/DC电源性能主要可利用谐振转换同步整流等技术来实现。也可以通过新型的PFC结构提高效率,如无桥PFC和交错式PFC等。交错式PFC控制器可帮助设计人员简化电源设计,提高系统可靠性,实现更高的功率因数与额定效率。

      对于DC/DC转换器而言,开关损耗是决定其能效的关键因素之一。软开关技术或者低电荷FET开关等都是降低开关损耗的有效手段。此外,当负载很小或处于空载待机状态时,可利用新型的工艺和控制方法(如SMARTMOS硅片工艺、脉冲跳频技术、突发模式等)实现待机电流的最小化,从而使DC/DC转换器在整个负载范围内保持高效率。

      从电源架构入手是改善能效的另一种途径。电源架构的功效取决于系统级需求、采用的元件和设计拓扑。目前分布式架构应用得十分广泛,这种架构具有最优的调整精度和瞬态响应,可以向负载提供更好的加载和线性调整率以及良好的EMI性能。另一方面,根据系统的大小,规划混合型的总线结构也能降低系统风险和成本。

      创新绿色能源的出现则为“开源”提供了保障,因此,在尽可能深掘现有电源系统转换效率的同时,半导体供应商也开始将目光投向这些替代能源,如燃料电池、风能、太阳能、水力、地热、潮汐等等,其中太阳能、风能和燃料电池是当前最受青睐的三种绿色能源。例如,太阳能已在卫星和家用热水器上得到了广泛的应用,太阳能驱动概念车已经出现;中国已在甘肃建成风能发电中心;利用甲醇的燃料电池也已接近商用化,三星现已开发出基于燃料电池的数码相机和手机原型。

      当然,太阳能、风能以及燃料电池的利用仍存在着功率转换效率低以及成本较高的问题。不过,世界总是在矛和盾的交错中前进的,当前正在兴起的有机薄膜太阳能电池技术就有望可大幅提高功率转换效率。同时,半导体厂商也正在积极开发能够最大限度获取新型能源并将其转换成电能的直流转换技术,德州仪器的DC/DC升压转换器TPS61200支持太阳能电池与微型燃料电池等新型电源在便携式设备中的应用,可在不足0.3V的输入电压下高效工作。

关键字:转换效率  电源系统  谐振转换  同步整流

编辑:汤宏琳 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/news/power/200806/article_21289.html
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