介绍SMPS可实现更高效率的方法

出处:安森美半导体公司 LAURENT JENCK 发布于:2011-08-27 20:43:25

  电源是提供电压的装置。 把其他形式的能转换成电能的装置叫做电源。电源是向电子设备提供功率的装置,也称电源供应器,它提供计算机中所有部件所需要的电能。电源功率的大小,电流和电压是否稳定,将直接影响计算机的工作性能和使用寿命。

  由于技术的不断进步以及推荐性和强制性标准的推出,电源的能效正在不断提高。电子技术是十九世纪末、二十世纪初开始发展起来的新兴技术,二十世纪发展迅速,应用广泛,成为近代科学技术发展的一个重要标志。代电子产品以电子管为。四十年代末世界上诞生了只半导体三极管,它以小巧、轻便、省电、寿命长等特点,很快地被各国应用起来,在很大范围内取代了电子管。五十年代末期,世界上出现了块集成电路,它把许多晶体管电子元件集成在一块硅芯片上,使电子产品向更小型化发展。集成电路从小规模集成电路迅速发展到大规模集成电路和超大规模集成电路,从而使电子产品向着高效能低消耗、高、高稳定、智能化的方向发展。 据估计,仅美国一个国家,正在使用的电子产品数量就达到25亿件,而每年又有4~5亿个新电源售出,所以改善电源效率对于能源效率达标、降低对能源的压力以及缓解技术应用对环境的不利影响都是至关重要的。

  需求

  在经济增长、技术发展突飞猛进以及人口不断扩张等因素的共同作用下,2005-2030年之间,世界能源消耗增长预计将高达50%。

  数量如此巨大的能源消耗超出了自然界的承受范围,并且会对环境以及居民的生活产生越来越大的影响,因为对于能量需求增加的传统解决方法是通过建造更多以煤炭、天然气、核能和石油为燃料的电厂来增加供电量。尽管针对水电、生物燃料、风能和太阳能等形式的可再生能源的研究开发和应用已经取得了巨大进展,但我们对于化石燃料的依赖性意味着我们必须要大幅提高能效;这体现在两个方面:我们使用电气产品的方式以及它们固有的能源效率。

  倡议活动

  根据美国节能经济委员会(ACEEE)的分析,在美国,预计节能倡议活动可以将能源消费降低10.6×1015BTU,大致相当于美国2020年预计能源使用量的10%。

  像“能源之星”这样的倡议活动已经取得了很大成功,目前用于对大约60种不同类别的达标产品进行标识。世界许多国家都在通过获得“能源之星”的来协调能源效率指导方针。到目前为止,欧洲、中国和澳大利亚都已签署协议认可这项倡议活动。

  有些国家逐步落实更加严格的标准,以促进持续的改善。例如,日本的“领跑者”计划首先确定出市场上各类产品中能效的产品,然后要求所有竞争品牌在4?6年内提高产品能效。没有达到能效标准的公司将面临经济处罚。世界各国制定的所有相关规定,无论是强制性的还是推荐性的,都将电源在待机模式和使用模式中导致的能源浪费作为重点改善目标。

  电源的类型和选择

  电子设备的电源可以大致分为线性电源和开关电源(SMPS):线性电源的设计非常简单,而SMPS则更加复杂。线性电源的典型效率值在40%~55%之间,而SMPS则可以实现高得多的效率标称值,在60%~95%之间。

  如果仅考虑能效方面的对比,同时设计人员希望使他们开发的新产品达到推荐性或者强制性的标准,显然SMPS是的选择。不过,另外两项因素可能会影响到电源的选用。

  与线性电源相比,SMPS更为复杂,这通常意味着物料费用也更高。同时,在某些布局中所使用的更先进、效率更高而容差更小的元件往往要比普通性能元件更为昂贵。

  为了促进更为节能的SMPS方法的广泛应用,要使其成本接近或低于线性电源的成本,同时消费者的环境意识不断增强,并开始考虑总体购置成本——即初始购置成本以及产品在整个生命周期中的能源成本——这种概念已经在慢慢深入人心。

  线性电源通常比SMPS更大、更重。相对于将电源功能集成到产品外壳之中的设计而言,外部电源的设计方式受到这一问题的影响较小。在电源功能的集成设计方式中,线性电源不仅占用了宝贵的空间,而且因为其较低的效率,它所产生的大量废热必须进行散热管理,以便确保设备具有较长的使用寿命和可靠性。

  SMPS布局

  SMPS是一种用来测量粒径在3~1000nm范围内的超细气溶胶颗粒的高科技产品。它采用一种静电分级器来测量颗粒物尺寸,并采用凝聚粒子计数器(CPC)来测定颗粒物的浓度。

  效率更高、体积更小而重量更轻的SMPS代表了技术发展的潮流。在先进的集成式AC/DC控制器和整流器设备(如由安森美半导体等公司提供的产品)的支持下,就可以实现支持低成本、高效率的SMPS设计的新布局。

  许多与SMPS相关的损耗都与开关过程有关。像半电桥和全电桥这样的软开关技术和布局可以克服这些损耗。

  参考设计

  像安森美半导体的“绿点”(见图1)这样的参考设计为制造商提供了“交钥匙”解决方案,它能够达到或超出许多应用中的能效标准,例如台式计算机、机顶盒、笔记本AC/DC适配器和液晶电视。通过提供简化高能效产品设计的工具,就能够加快大多数电子产品的能效水平提升(达到80%或90%这个范围)进程。

  图1 安森美半导体的“绿点”参考设计

  高效率的SMPS可以显着增加电子设备的效率。由于SMPS和线性电源的成本大致相同,这为显着提高众多类型产品的效率带来了巨大机会。这将会帮助设备生产商达到甚至超出推荐性的能效标准以及逐步普及的强制性能效标准。电子产品装置使用量的攀升和能源可持续性之间存在矛盾。


  

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