一些機構正在開展一些新的研究項目,其中Berkeley國家實驗室對加州的13個新建尚未入住的住宅中的電器設備進行了研究。
在建筑物內安裝的所有家用電器都裝上了測量儀器,測試它們在運轉和待機模式下的功耗。結果表明,這些未入住的住宅平均每年消耗800kWh的電能,其中有一半是在低功率的待機模式下消耗的。440kWh的耗電量可以換算成50W的持續待機功率,這可是還沒有住人的房子。有些設備的功耗比預計的待機功耗要大,如燃氣壁爐的功耗是5W,車庫門開啟裝置的功耗是5.4W,監控攝像機和寬帶路由器的電源功耗是20W。
由于消費類電子產品的快速發展,可以肯定的是,住戶還需要更多的其他家電設備,例如家庭娛樂設備、有線和無線網絡設備,這些設備在待機模式下的功耗可能與上面提到的設備功耗不相上下。
在新技術和政府法規如何互相促進方面,數字電視適配器是很有說服力的成功案例。預計到2009年2月,在全美的家庭中將有近3000萬部數字電視適配器,這些適配器既沒有接電纜也沒有接衛星電視。目前,能源之星計劃正在制定標準,要求在睡眠模式下的最大功耗為1W,并且如果在幾小時內還不工作,就強制性地自動關機。
外置電源轉換模塊
公眾對全球變暖的了解不斷增加,世界各地的立法機構也在不斷頒布更加嚴格的節能標準,并且各國各地區的不同標準也在趨于統一。
最明顯的例子是,包括歐盟、中國的CECP、澳大利亞溫室辦公室、韓國的KEMCO都準備采納美國能源之星和加州能源法案(CEC)類似的標準。最近,有些機構已不再只是敦促廠商自愿采納標準,轉而要求廠商必須遵守這些強制性標準了。在美國,很多州直接采納了CEC的標準,并作為強制性的要求。
外置電源標準顯示了一個重要的立法趨勢。除了要求低功率適配器在無負載情況下的功耗要小于0.5W,還要求在很寬的負載范圍內,效率都要達到一個最低值,如表1所示。
不增加成本或用低成本實現高效率
由于法律法規不斷增加,就要求設計師能夠滿足這些嚴格的要求。要把效率提得那么高,的確是一個挑戰,但好消息是,芯片技術的進步使得電源能夠在一定的功率范圍內,一直保持很高的效率,待機功耗也極低,而且不需要額外的成本。
以前,很多內置和外置電源制造商都采用線性變壓器和穩壓器。這種傳統方法很少能達到50%的效率,在無負載的時候會浪費很多能源。隨著近年來銅材價格的上漲,這種線性電源的成本優勢已經消失了,所以幾乎所有的新型電源都采用了開關電源技術。
Power Integrations公司在1998年推出了名為EcoSmart的高能源效率的電源技術,可以在待機和無負載情況下實現很高的效率,而且還減少了外部器件的數量,降低了系統成本,提高了可靠性。采用類似EcoSmart技術的IC都有檢測低功耗狀態的電路,采用一個或更多的步驟來改善效率。一是降低占空比,限制向負載輸出的功率,吸收更少的輸入電流。二是采取周期跳越,在等待設備喚醒時,只在一個很短的時間內消耗能量。這樣就可以有效地降低平均工作頻率,減少開關損耗并提高效率。
采用這種功率轉換芯片的典型應用電路如圖1所示,該電路采用了TinySwitch III穩壓芯片、偏壓線圈,只需3個外部器件,將待機功耗從300mW降至30mW,增加的器件成本只有0.01美元,而每年節省的能源價值 0.27美元。圖2顯示,在整個功率范圍內,該設計都保持了相當高的效率,符合目前的發展趨勢。
圖1 采用偏壓線圈的電源設計
圖2 電源的效率曲線
有人設想,未來只用一塊太陽能電池板就可以滿足整個住宅的能源需求。雖然人們在智能住宅的設計上已經取得了巨大進步,但由于房門開啟器、安全攝像機,以及其他附屬設備對電能需求的不斷增加,要達到上面這個目標顯然還有很長的路要走。現在,電子設備設計師必須使用高效率的開關電源,用開關電源取代浪費能源的線性電源,并且滿足旨在提高能源效率的新法規的要求。
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