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全球環(huán)保風(fēng)潮下的綠色電源發(fā)展趨勢

發(fā)布時(shí)間:2010-08-27 來源:LED環(huán)球在線

機(jī)遇與挑戰(zhàn):
  • 電源技術(shù)需提高轉(zhuǎn)換效率
  • ‘80 PLUS’已成衡量電源產(chǎn)品效能的重要標(biāo)準(zhǔn)
  • 主動(dòng)式PFC電源更符合消費(fèi)電子輕薄設(shè)計(jì)趨勢
市場數(shù)據(jù):
  • 80 PLUS要求轉(zhuǎn)換效率都必須達(dá)到80%以上
全球?qū)Νh(huán)保和節(jié)能越來越重視,從個(gè)人到企業(yè),越來越多開始意識到節(jié)能的重要性。電源的發(fā)展也順應(yīng)此潮流,紛紛開發(fā)符合這一趨勢的新產(chǎn)品。

要開源節(jié)流,除隨手關(guān)燈、關(guān)電外,降低產(chǎn)品的耗電量也必不可少。無論是對個(gè)人還是企業(yè)用戶,PC產(chǎn)品都是很重要的能耗源。多數(shù)人以為,采用低功耗CPU、存貯器、芯片就可以替計(jì)算機(jī)系統(tǒng)省電,但其實(shí)真正耗電的是“電源”!

如今電子產(chǎn)品技術(shù)日新月異,己實(shí)現(xiàn)45納米加工工藝,甚至朝向32納米邁進(jìn),讓IT產(chǎn)業(yè)的主要耗電組件中央處理器(CPU)的功耗(Power Consumption)持續(xù)降低,要求電源的輸出功率與瓦數(shù)也隨之降低。但是瓦數(shù)降低的同時(shí)需要提高轉(zhuǎn)換效率,這加大了電源開發(fā)的技術(shù)難度。轉(zhuǎn)換效率越佳,對電力的消耗就會相對減少,因此電源轉(zhuǎn)換效率的提高對于節(jié)能會有相當(dāng)大的幫助。

身為能源運(yùn)用的重要一環(huán),電源產(chǎn)業(yè)無法置身于全球環(huán)保風(fēng)潮之外,全球個(gè)人計(jì)算機(jī)(PC)所使用的電源的轉(zhuǎn)換效率(Efficiency)只要提高1%,1年就可望省下約10余座電廠所發(fā)的電,對環(huán)保與資源的貢獻(xiàn)將非同小可。因此近年來,電源產(chǎn)業(yè)也朝著節(jié)能減碳的方向發(fā)展,以符合市場需求。

開關(guān)電源(Switch Power Supply)以半導(dǎo)體開關(guān)為基礎(chǔ),把輸入的交流電轉(zhuǎn)換成直流電,再輸出給主機(jī)設(shè)備。如果無損耗,需要60瓦電力的筆記本計(jì)算機(jī),電源的輸出和輸入都應(yīng)當(dāng)只要60瓦,但實(shí)際上卻需要100瓦輸入。因?yàn)檫^去PC用電源的轉(zhuǎn)換效率只有60~70%,原本100瓦的交流電輸入,轉(zhuǎn)換得到的直流電只剩下60~70瓦,剩余30~40瓦全被轉(zhuǎn)成熱能散失在空氣中。
電能損失產(chǎn)生的原因,與電源內(nèi)部的電容、電感、二極管品質(zhì)不良、布線不佳、線圈匝數(shù)不足以及電容容值太小…等因素有關(guān)。隨著PC功耗愈來愈高,電源功率也需要越來越高,市面上不少電源的功率已經(jīng)接近1,000瓦。因此,由轉(zhuǎn)換效率不高造成的能源浪費(fèi)更為嚴(yán)重。一般人很難分辨出電源的質(zhì)量優(yōu)劣,因此第三方認(rèn)證機(jī)構(gòu)就顯得格外重要,其中在PC類最令人關(guān)注的就是‘80 PLUS’新標(biāo)準(zhǔn),它已成為電源產(chǎn)業(yè)衡量產(chǎn)品效能的重要標(biāo)準(zhǔn)。

‘80 PLUS’為美國Ecos Consulting組織所訂,其目的在促使節(jié)能科技的發(fā)展能夠更向前推進(jìn)這一標(biāo)準(zhǔn)要求電源在20%(light)、50%(typical)、100%(full)3種不同負(fù)載下,其轉(zhuǎn)換效率都必須達(dá)到80%以上。同時(shí)功率因子校正必須大于0.9,才能獲得’80 Plus’認(rèn)可。

在各家廠商的努力下,電源產(chǎn)品的效能持續(xù)提高,而80PLUS標(biāo)準(zhǔn)的出現(xiàn),使電子廠商不得不努力確保電源產(chǎn)品的設(shè)計(jì)質(zhì)量達(dá)到特定標(biāo)準(zhǔn)。而目前許多服務(wù)器業(yè)者,更是標(biāo)榜其搭載的電源,已達(dá)到90%以上水平的轉(zhuǎn)換效率,讓無形損耗的電力變得更少,不但為地球顯著減少能源浪費(fèi),更替消費(fèi)者省下一筆可觀的電費(fèi)開銷。

在電源上設(shè)計(jì)上使用PFC功率因子校正(Power Factor Correction)電路,也可以減少虛功的損失。

所謂功率因子,指的是用有效功率除以總耗電量的比值,功率因子值愈大,其電力利用率愈高。功率因子校正器的運(yùn)作原理,是控制調(diào)整交流電電流輸入的時(shí)間與波型,使其與直流電電壓波型盡可能一致,讓功率因子趨近于1.

功率因子越低,代表電力效能越低,即越多電力會無形地消失、耗損掉。一般電子設(shè)備沒有功率因子校正時(shí),其功率因子只有約0.5;而有PFC功率因子校正功能的電子設(shè)備,可以增加電力系統(tǒng)容量、穩(wěn)定電流,減少電力浪費(fèi)。

PFC功率因子校正線路可分為主動(dòng)式(Active)、被動(dòng)式(Passive)2種。被動(dòng)式PFC,由電感、電容等組合電路來降低諧波電流,輸入電流為低頻的50Hz到60Hz,需要大量的電感與電容,其功率因子校正僅達(dá)75%~80%。主動(dòng)式PFC,使用控制線路及功率型開關(guān)組件,通過調(diào)整輸入電流波型使其與輸出電壓波形盡可能相似,功率因子校正值近乎100%。

整體來說,采用主動(dòng)式PFC的電源的重量,比用笨重組件的被動(dòng)式PFC產(chǎn)品輕巧許多,符合消費(fèi)性電子產(chǎn)品輕薄設(shè)計(jì)趨勢;且主動(dòng)式PFC提高功率因子值可達(dá)95%以上,被動(dòng)式PFC約只能改善至75%。采用主動(dòng)式PFC比被動(dòng)式PFC能節(jié)約更多的能源。

目前英特爾(Intel)發(fā)起拯救氣候行動(dòng)計(jì)劃,以促進(jìn)電源使用效益及降低耗電量為目標(biāo),以節(jié)能與減少溫室氣體排放量為主要目的,從2007年就積極展開行動(dòng)。能源之星(Energy Star)4.0已將80 Plus列入標(biāo)準(zhǔn)。

80%轉(zhuǎn)換效率只是目前對電源效能的基本要求,以更長遠(yuǎn)的眼光來看,在未來克服技術(shù)與相關(guān)零組件等難題后,電源轉(zhuǎn)換效率勢必要達(dá)到高于80%的水平。預(yù)期未來個(gè)人計(jì)算機(jī)或服務(wù)器的電源轉(zhuǎn)換效率將需達(dá)90%以上,但這個(gè)境界并非一蹴而就,而是逐年循序漸進(jìn)地增長,由80 PLUS逐步往上延伸,歷經(jīng)80 PLUS BRONZE(銅牌)、80 PLUS SILVER(銀牌)、80 PLUS GOLD(金牌)等標(biāo)準(zhǔn)(如附表),至90 PLUS標(biāo)準(zhǔn)。

目前有些產(chǎn)品已經(jīng)可以達(dá)到銀牌水平,相信未來1~2年90 PLUS很快就會成為產(chǎn)業(yè)通用標(biāo)準(zhǔn),讓電源產(chǎn)業(yè)的節(jié)能減碳效能更進(jìn)一步。

節(jié)能舉措旨在提高效率與性價(jià)比,為IT產(chǎn)業(yè)開發(fā)出更低功耗、更環(huán)保的產(chǎn)品。過去大家一味追求電源朝高瓦數(shù)發(fā)展,現(xiàn)這已經(jīng)沒有太大的意義了,除了一些Gaming玩家對電源有高瓦數(shù)需求外,目前的電源已經(jīng)足夠大部分的使用者的需求。
安富利電子元件部(Avnet Electronics Marketing)在三年前就意識到電源的這種發(fā)展趨勢,在臺灣地區(qū)成立了一家電源設(shè)計(jì)中心,開始研發(fā)并設(shè)計(jì)出300W和500W的ATX80+機(jī)種,也順利通過美國80PLUS協(xié)會認(rèn)證,用自己的親身經(jīng)驗(yàn),來引導(dǎo)客戶,幫助他們將產(chǎn)品快速投入新市場。

電子產(chǎn)品以環(huán)保、節(jié)能為訴求,搭載“80PLUS”電源,可提高電源轉(zhuǎn)換效率,節(jié)省電源損耗。通過“80PLUS”認(rèn)證,或是具備主動(dòng)式PFC電路,都是電源的省電指針,是業(yè)者吸引消費(fèi)者的賣點(diǎn)。

安富利電子元件部的電源設(shè)計(jì)中心,也在二年前研發(fā)設(shè)計(jì)出140W到300W的LCD TV POWER方案,可以直接支持26寸到47寸電視機(jī)用電源。它采用LLC架構(gòu)設(shè)計(jì),輸入100V時(shí),效率可達(dá)87%,若輸入為240V時(shí),效率更可高達(dá)90%以上。

此外,小型化也是未來電源的研發(fā)趨勢。例如液晶電視(LCD TV)的厚度從原來的100mm縮小至80mm,故電源板的厚度也必須從原來的35mm縮小至25mm,體積較過去減少了20%。筆記本計(jì)算機(jī)(NB)的電源適配器的尺寸也都越來越小,安富利電子元件部的電源設(shè)計(jì)中心已開發(fā)出體積僅為目前市面上通用適配器一半的產(chǎn)品。

電源產(chǎn)業(yè)朝節(jié)能、小型化2個(gè)大方向發(fā)展,相信新產(chǎn)品的開發(fā)方向更易為市場接受,也將帶動(dòng)新的商機(jī)。

轉(zhuǎn)換效率的提高需要開發(fā)更多新技術(shù)來支持,同時(shí)電源相關(guān)零組件的技術(shù)也需要提高,這樣才可以讓電源順利地朝節(jié)能與小型化的方向發(fā)展。除此以外,更重要的還需將成本持續(xù)降低,讓用戶愿意采用更節(jié)能的電源,否則徒然浪費(fèi)資源開發(fā)出更新式的節(jié)能產(chǎn)品,卻因?yàn)閮r(jià)位太高,造成曲高和寡,產(chǎn)品無法普及,節(jié)能的美意也就付諸流水了。

發(fā)光二極管(LED)電源、太陽能轉(zhuǎn)換器以及電池(Battery)儲能等相關(guān)零組件領(lǐng)域的新產(chǎn)品開發(fā)是未來電源發(fā)展的方向。雖然LED、太陽能等產(chǎn)業(yè)的發(fā)展歷史相對較短,但LED目前已經(jīng)逐漸應(yīng)用于路燈、交通信號燈等領(lǐng)域,并逐漸應(yīng)用到日常照明設(shè)備這一最大的市場。

高亮度LED最主要的問題是怕熱,且高熱會使LED光衰竭。安富利電子元件部在亞洲的各個(gè)研發(fā)中心(Avnet Design Center),都在積極解決這個(gè)問題,目前已經(jīng)有合作供貨商開始提供部分產(chǎn)品,配合市政府指定的示范道路,進(jìn)行測試。估計(jì)2~3年就可能開始看到LED照明逐漸普及,這一領(lǐng)域的電源應(yīng)用也必將得到長足發(fā)展。

為中國及廣大亞洲地區(qū)的客戶提供有力的設(shè)計(jì)支持,安富利電子元件部憑借不同領(lǐng)域的豐富經(jīng)驗(yàn)和設(shè)計(jì)實(shí)力,在亞太區(qū)成立了六家開發(fā)不同應(yīng)用的系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)中心,為客戶提供貼近他們需求的設(shè)計(jì)支持。這些包括專攻LED照明、汽車和工業(yè)的上海中心,擅長FPGA的香港中心和著眼LCD TV、多媒體、微處理器和LED照明的深圳中心,進(jìn)行無線連接和高亮度LED照明的新加坡中心,家電、電源、汽車電子、LED照明和工業(yè)設(shè)計(jì)的班加羅爾中心以及臺灣地區(qū)的電源產(chǎn)品研究室。各家設(shè)計(jì)中心不同的核心競爭力讓我們既能以不同領(lǐng)域的專業(yè)經(jīng)驗(yàn)為客戶提供增值服務(wù),也能集合各領(lǐng)域的優(yōu)勢來實(shí)現(xiàn)一個(gè)完整的解決方案。

除了設(shè)計(jì)中心的投入,安富利也跟獨(dú)立設(shè)計(jì)工作室合作,加強(qiáng)設(shè)計(jì)服務(wù)。安富利在亞洲地區(qū)就與很多設(shè)計(jì)實(shí)力很強(qiáng)的獨(dú)立設(shè)計(jì)工作室合作,將他們的IP集成到符合客戶需求的產(chǎn)品解決方案中,加速客戶產(chǎn)品的上市速度。
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