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工業(yè)連接

關鍵電源及LED照明應用解決方案

2025China.cn   2010年04月01日
        引言:在人們環(huán)保意識越來越強的今天,節(jié)能絕不僅僅是熱點議題,更是各國重要規(guī)范機構和業(yè)界領先廠商切切實實的行動項目。環(huán)顧我們的工作及生活環(huán)境,那些最常用、最常見或有極具節(jié)能潛力的電子電器自然首先成為節(jié)能行動目標,如計算機、平板電視、機頂盒、適配器/外部電源等電源應用及發(fā)光二極管(LED)照明等。全球重要的規(guī)范機構,如美國“能源之星”、美國80PLUS、歐洲能效行為準則(COC)、歐盟EuP、日本TopRunner、中國標準化研究院等,針對這些關鍵應用發(fā)布更新、更多的高能效規(guī)范,讓電子產品能夠以更少的電能來執(zhí)行相同的功能,提高電能使用的效率。

        以多路輸出臺式機ATX電源為例,80PLUS銀級規(guī)范、計算產業(yè)氣候拯救行動(CSCI)銀級規(guī)范自2009年7月開始生效,要求多路輸出臺式機ATX電源在額定輸出功率的20%、50%和100%等條件下能效分別達到85%、88%及85%.后續(xù)的80PLUS金級和CSCI金級規(guī)范將于2010年7月開始生效,進一步將能效要求提高到87%、90%和87%.

        又如平板電視,隨著尺寸的增大,其能耗日益成為業(yè)界關注的問題?!澳茉粗恰贬槍﹄娨暤?.0版規(guī)范將于2010年5月1日生效,這規(guī)范要求可視屏幕對角尺寸為32英寸、42英寸和60英寸的平板電視在工作模式的能耗分別不超過78W、115W和210W,而后續(xù)將于2012年 5月1日生效的5.0版規(guī)范則進一步要求這幾種尺寸平板電視工作能耗不超過55W、81W和108W,參見表1.歐洲的EuP指令也有著類似要求。除了要求工作能耗降低,這些規(guī)范還要求降低待機能耗,因為數據顯示,可觀的電能是在待機模式下消耗的。“能源之星”等能效規(guī)范當前對待機能耗的要求是不超過 1W,未來可能要求不超過0.3W甚至是不超過0.1W.   


        而在筆記本電腦等產品中廣泛使用的適配器/外部電源方面,“能源之星”的2.0版規(guī)范已于2008年11月1日開始生效。以“能源之星”的2.0版外部電源規(guī)范為例,這規(guī)范要求輸出功率大于49W的外部電源(典型產品如筆記本適配器)的工作能效從1.1版的84%提升至87%,待機(空載)能耗從不超過 750mW降低到不超過500mW,而功率因數(PF)也要求不低于0.9.歐盟EuP生態(tài)設計指令2005/32/EC規(guī)范No278/2009的第一階段和第二階段要求分別將自2010年4月及2011年4月開始生效,其中第一階段的要求是輸出功率大于51W的外部電源工作能效不低于85%,空載能耗不超過500mW,第二階段的空載能耗要求不變,但能效要求提開至87%.

        除了這些應用,LED照明或稱固態(tài)照明(SSL)如今也是炙手可熱的應用,1.0版的“能源之星”SSL規(guī)范已自2008年 10月1日生效,要求關態(tài)(off-state)能耗為零,最低能效要求根據應用的不同(如聚光燈、戶外燈等)而不同,功率因數要求方面,商業(yè)應用是不低于0.9,住宅應用是不低于0.7.

        電源及LED照明應用設計挑戰(zhàn)

        這些關鍵電源及LED照明應用為設計工程師帶來了挑戰(zhàn),既需要增加能效密度,又要改善功率因數,并提高產品的可靠性。

        具體而言,由于總能效要求及散熱限制,設計工程師必須致力提升能效,即便是在低功率應用(或輕載)時也是如此。此外,并不是只有在較高功率電平時才要求功率因數校正(PFC),相對較低的功率時也可能要求PFC.此外,這些應用中常常會面臨空間受限的問題,特別是在以LED照明替代傳統(tǒng)燈泡的應用中??傮w可靠性也非常重要。輸入電源范圍也要更寬,支持277Vac電壓。此外,還面臨一些特定照明要求,如三端雙向可控硅開關元件(TRIAC)調光等。

        應對策略

        要應對這些關鍵電源及LED照明應用的設計挑戰(zhàn),需要采用更新的技術或優(yōu)化的電源拓撲結構及方案。

        以平板電視應用為例,為將能效提至最高,可將傳統(tǒng)采用的冷陰極熒光燈(CCFL)背光替換為新興的LED背光,如直下式背光或側光式背光,不僅有助于纖薄型電視設計,還幫助降低能耗,提升能效。如果維持采用目前性忦比仍然更高的CCFL背光,也可以采取不同的有效措施,如在提供同等光輸出的條件下減少燈數量及降低能耗,或采用新穎的逆變器驅動器方案,如液晶電視集成電源(LIPS),減少一個電源轉換段,提升能效并降低成本。

        安森美半導體以領先產品及方案來支持高能效趨勢

        安森美半導體身為首要的高性能、高能效硅方案供應商,提供電源管理及LED照明方案來節(jié)能,幫助客戶滿足并超越世界各地的電源規(guī)范標準(工作能效、待機能耗、低靜態(tài)電流及功率因數校正等),成本平價或比傳統(tǒng)方案更低。

        需要強調的是,安森美半導體采用整體途徑來實現(xiàn)高能效,包括:

        1)降低待機(空載)能耗。包括使用準諧振(谷底開關)、在2段式轉換器關閉PFC段等更好的拓撲結構,以及采用頻率反走、跳周期、軟跳周期和高壓自舉(bootstrap)電路等新技術。

        2)提升電源工作能效。包括使用更好的器件,如場效應晶體管(FET)和二極管,以及使用更好的拓撲結構,如頻率反走、同步整流,及準諧振、完全諧振、有源鉗位(反激或正激)等軟開關技術。

        3)功率因數校正(或減少諧波)。包括將PFC與主轉換器結合,以及優(yōu)化指定應用和電平的PFC控制模式,如非連續(xù)導電模式(DCM)、臨界導電模式(CrM)或連續(xù)導電模式(CCM)。

        安森美半導體針對這些關鍵的電源及LED照明應用提供眾多的領先產品,如PFC控制器、交流-直流(AC-DC)控制器、高壓 MOSFET、LED驅動器、整流器、次級同步整流控制器、直流-直流(DC-DC)開關穩(wěn)壓器及低壓降(LDO)穩(wěn)壓器,并基于這些領先產品提供高能效的GreenPoint?參考設計,用于ATX電源、筆記本及打印機電源適配器、電視、固態(tài)照明及其它應用。

        例如,安森美半導體用于臺式機ATX電源的255WGreenPoint?電源參考設計在100、115、230及 240Vac輸入電壓條件及25%、50%及100%額定輸出功率等條件下的能效高于85%,符合80PLUS銀級能效規(guī)范及“能源之星”5.0版臺式機電源規(guī)范,并符合IEC61000-3-2功率因數要求,功率因數在多種輸入電壓條件下高于0.95.值得一提的是,這些數據均是在41長的線纜末端獲得,經過了完全測試,強固且性價比高,屬于可投產型設計,參見圖1.

        又如,在通用LED照明應用方面,安森美半導體對一款從零售商店購得的鹵素燈臺燈,采用LED模塊進行重新設計。原35W鹵素燈在120Vac時的輸入功率為41.7W,亮度為744流明,而基于安森美半導體NCP1014構建的LED模塊的LED臺燈在120Vac條件下的輸入功率僅為10.9W,即能耗僅相當于傳統(tǒng)鹵素燈的1/4,但光輸出卻高于鹵素燈,達到795流明。這采用LED模塊的新臺燈設計既減小產品體積,又極佳地實現(xiàn)節(jié)能。這LED模塊的電路圖.

        安森美半導體旨在成為高質量、高性價比、高性能電源管理方案的首選供應商,除了推出關鍵的控制、驅動及電源轉換IC,還配合推出高壓MOSFET及整流器產品,并提供豐富的整流器封裝系統(tǒng),包括新的SO-8FL整流器封裝,其熱性能幾乎與DPAK小巧封裝一樣好。

    總結:

         計算機、平板電視、適配器等關鍵電源應用及LED照明應用面臨更高能效要求,并為設計人員帶來挑戰(zhàn)。安森美半導體現(xiàn)有構建高能效電源及LED照明應用的先進技術及產品,且是完整解決方案供應商,提供高性能、低系統(tǒng)總成本的差異化GreenPoint?參考設計,既提升工作能效,又降低待機能耗,同時還提供高功率因數,以整體途徑幫助客戶符合或超越世界各地的高能效規(guī)范要求。

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