經濟的迅速發展，技術的不斷進步，催生了各種智能家電以及娛樂視聽產品的繁榮。它們令人眼花繚亂的功能徹底改變了我們單一的生活方式。我們一方面在享受各種新鮮產品帶來的樂趣，一方面卻不得不面臨待機能耗使用量劇增而引發的能源浪費問題。今年9月，由中國電子學會、英特爾、聯想等13家電子信息產業機構聯合向業界發出了“中國電子節能倡議書”，號召各電子信息企業大力研發、采用和推廣電子節能新技術、新產品，提供有針對性的節能技術解決方案。與此同時，各國政府、國際組織和行業團體也早就出臺了一系列節能標準規范，并且有的已經開始強制實施。待機能耗的迅速增長和由此引發的問題引起世界各國越來越多的關注，“節能”已經成為一項全球性議題。

各項規范標準助力“節能革命”

根據國際能源署(IEA)統計顯示，待機能耗使用量約占家庭用電量的3~11%。IDC近期對世界計算功率估計用量的研究結果也顯示，2005年美國服務器群的耗電量達到了美國當年總發電量的1.2%。這筆能耗的公用事業費為27億美元，僅此一項所消耗的電力相當于5家巨型發電廠晝夜不停的運轉幾年。單就美國而言，能耗下降1%就意味著每年可以節省2,700萬美元的巨額費用。

機電控制如果轉為直流變換可節省40%能耗。

在節能浪潮的推動下，各項規范標準紛紛出臺。2000年，國際能源署發起了“1W計劃”，目標是在2010前將所用電器的待機能耗降至1W以下。我國中標認證中心實施啟動了待機能耗“1W”認證計劃。而美國國家環保局和能源署向消費者推廣的高質量和高效率的節能產品的認證項目——能源之星，僅在2006年就為美國消費者節省了140億美元的電費，節約了相當于1.5個三峽工程或50多個新發電站的發電量。此外，美國能源署還推出了“80PLUS”計劃、計算機產業氣候拯救行動(CSCI)，致力于提高電源工作效率。歐盟也推出了歐盟生態標簽(EU Eco-Label)、歐盟行為準則(EU Code of Conduct)等。國際電工委員會推出了IEC 1000-3-2 D標準，旨在改善電源諧波污染，提升功率因數。


創新技術打造節能方案


各項節能標準規范的推行，為電源系統設計提出了更高的要求。電源芯片廠商需要考慮三方面因素，以達到節能環保要求：一、降低待機能耗；二、提高電源工作效率；三、改善功率因數，降低諧波污染。


電源空載及輕載都會有待機能耗問題。空載時，如電池充電器、AC-DC墻式適配器等仍會從交流電源吸收較小功率；而系統輕載時，依然有一些智能功能在工作，如電視機、空調、DVD等其微處理器需要等待遙控信號。因此，待機能耗是“節能”的首要任務。


電源管理領先供應商安森美半導體一直將節能作為關注的重點。該公司發言人指出，要解決待機能耗問題，必須清楚損耗在哪里，這通常包括啟動電路、驅動電路、偏置電路、輸出整流器、磁性元件等。例如過去在待機工作模式下，傳統的脈沖寬度調制(PWM)控制器都不考慮待機的具體要求，因此安森美推出了軟跳周期技術，其NCP1337增強型PWM電流模式控制器采用這種技術控制峰值電流并消除一些開關脈沖，從而控制開關損耗，以實現空載、輕載狀態下的高能效，并且該技術還可以在變壓器進入跳周期工作時有效消除噪聲，滿足節能、待機與工作狀態等各種要求。NCP1337利用反饋引腳工作監控芯片狀態，只要功率要求低于預先設置的水平，即進入跳周期節電模式。據介紹，安森美推出的第五款GreenPoint電源參考設計就是基于NCP1337芯片開發，GreenPoint不僅滿足而且還超越了部分節能規范的要求。該公司表示，300瓦GreenPoint ATX電源參考設計在高電壓輸入時可以達到86.5%的滿載能效，在20%的輕載時能實現82.5%的能效，不僅高于市場上常見ATX電源70%的能效，更高于美國能源署“80PLUS”計劃要求，并且非常接近計算產業氣候拯救行動(CSCI)組織提出的到2011年實現滿載下87%能效的要求。GreenPoint可應用于電源適配器、ATX電源、CRT電視電源和LCD電視電源等。


除此之外，安森美還有一系列技術滿足電源產品節能的要求，有的采用更好的拓撲結構，如準諧振谷底開關、在2段式轉換器中關斷PFC段降低待機能耗；有的采用更好的元器件(場效應管和二極管等)，如頻率反走、同步整流、軟開關(準諧振、全諧振)、有源鉗位等提高電源工作效率；有的在主電源轉換器中整合PFC，以及在指定應用和功率等級優化PFC控制模式，如非連續導電模式(DCM)、臨界導電模式(CRM)和連續導電模式(CCM)等，改善功率因數。


同樣高舉“綠色節能”大旗的另一業界巨頭飛兆半導體也推出了一系列功率優化方案。飛兆半導體公司技術及應用支持中心亞太區副總裁王瑞興表示，飛兆現在可以提供以下幾類高能效的產品：智能功率模塊SPM，功率開關FPS，高性能負載開關IntelliMAX，實現效率較大化的功率因數校正(PFC)器件，新一代高壓MOSFET器件SuperFET，以及寬泛圍的集成式電機驅動解決方案。王瑞興指出，飛兆半導體在提供解決方案方面的業務焦點是向著節能趨勢發展，一如既往地根據法規或客戶的要求，不斷推出創新的電源解決方案及架構，從三個方面進一步提高能效及節省能源——提高功率因數(PFC產品)、效率較大化(SPM與FPS產品)、降低待機功率(綠色FPS產品)。

一直在電源管理產品領域深耕細作的凌力爾特公司則致力于生產兼具高轉換效率和低靜態電流的電源管理IC。凌力爾特在許多電源管理IC中都采用了其專利突發模式(Burst Mode)技術，該技術較大限度地減小了電源管理IC本身在待機模式期間所需的電流。在多數場合中，采用該技術的產品待機靜態電流可低至16μA。凌力爾特電源產品事業部產品市場經理Tony Armstrong表示，節能型DC/DC轉換器中使用的電源管理IC必須具備兩個重要特性。首先，必須擁有非常高的轉換效率。其次，無論是在待機模式還是在停機模式中，都必須具有低靜態電流。電源管理IC的效率越高，其在轉換過程中的功耗就越低。

美國國家半導體則推出了Powerwise技術，為受能源所限制的數字設備如手機、PDA、手持游戲機、個人導航儀和其他設備提供了先進的能源管理解決方案。PowerWise采用自適應電壓調節(AVS)和閾值電壓調節等技術，將數字邏輯集成電路的工作和泄漏功耗自動降至較低，同時保持小的系統開銷。PowerWise以IP綜合套件形式提供給客戶，具有易于使用的標準硬件接口，該技術可應用于所有CMOS工藝，并且可與任何操作系統或應用集成，同時還可將數字處理器的能耗降低70%，大大提高了能源效率。

黃漢基：功率放大器開關單元可延長電池使用壽命，并解決手機散熱問題。

國家半導體亞太區電源管理產品市場總監黃漢基指出，該公司一系列高能源轉換效率產品都采用了Powerwise技術，包括電源管理系統、運算放大器、接口芯片及數據轉換系統等產品。他還表示，國家半導體另一項節能技術是“功率放大器開關單元(SuPA)”，可以延長電池使用壽命，并且解決CDMA/WCDMA手機的散熱問題。采用SuPA技術的產品可以降低能耗達80%以上。此外，美國國家半導體還推出了新型的封裝形式“micro SMDxt”，可以節省高達70%的電路板空間。黃漢基表示，micro SMDxt封裝是原有的micro SMD封裝的技術延伸，該技術將使美國國家半導體在功率集成上處于領先。

另一家電源管理供應商IR推出了其高效的“iMOTION”集成設計平臺，該平臺是一種優化的系統架構，將IR特有的高壓集成電路與數字、模擬和功率構造模塊以及用于家電的無傳感電機控制數字控制算法融為一體。該平臺可使系統效率達到95%以上。

就在國際大廠紛紛在節能領域施展拳腳的同時，本土廠商也絲毫沒有懈怠。經過數十年的發展，本土廠商的產品逐漸為更多的客戶接受，他們已經開始在一些領域可以與國際大廠抗衡。作為一家成立不到3年的電源廠商，昂寶電子在成立之初就一直潛心致力于高性能電源控制IC的研發，經過兩年努力，開發出具有自主知識產權的“綠色引擎”(GreenEngine)技術平臺。昂寶電子市場及銷售副總裁黎波表示，基于“綠色引擎”平臺的電源管理芯片以綠色環保、高效節能為特長，并且范圍覆蓋各種AC-DC電源轉換、充電器、CCFL顯示屏背光電源系統，以及功率因數校正器等各個方面。昂寶新近推出的高性能準諧振PWM控制器OB2202/3，可提供超過88%的轉換效率和實現低于0.3W的待機功耗。與傳統的定頻PWM系統相比，準諧振(QR)技術在降低EMI噪聲、提高系統效率和減小開關損耗等方面具有明顯優勢，因而越來越受到用戶的關注。此外，昂寶還推出了一系列基于“綠色引擎”技術的產品，可滿足各項節能標準，并達到小于0.3W的待機節能要求。

黎波表示，除了“綠色引擎”平臺滿足節能環保要求外，昂寶電子的所有產品材料均符合RoHS指令要求，另外，在電磁環境綠色環保方面，昂寶電子采用先進的“頻率抖動技術”降低了系統EMI干擾，可以為客戶降低系統成本、縮短設計周期。

節能，從應用入手

市場的不斷增容，使得全球對電子元器件的需求大幅增長，節能勢在必行。照明、IT產品和電機控制是三大高能耗領域。王瑞興表示，僅照明領域一項的能耗就占電能消耗總量的19%。而在過去的十年，大型路由器的功率要求增加了10倍。臺式電腦、圖形處理器(GPU)和更大容量的存儲器都要求更高的功率和更多的數據中心或互聯網服務器群，其功耗相當于一個小型城鎮的耗電量。2005年，需要14個1,000兆瓦的電廠的發電量才能維持全球在線數據中心的正常運轉。對于電機控制能耗來說，如果現有解決方案轉換到變速DC電機大約可節約40%的能源。如果10萬戶家庭改用ECC認證空調，每年可省電超過10GWh，足夠中國6,100戶家庭使用。他強調，從白熾燈泡轉型為熒光燈或LED燈可以節能75%，從單相AC電機轉型為變速電機可以節能40%，改感應電機為永磁電機則可提高5%的效率，而降低家電的待機功耗相當于節能5~10%。

在同樣的照明效果下，LED照明解決方案的能耗僅為一般白熾燈光源信號燈的10~20%，并且其使用壽命也比普通燈泡延長了100倍，光線質量高且穩定。目前以熒光燈、發光二極管或高密度放電(HID)燈取代白熾燈的工作正在積極展開，在許多場合，如景觀照明、信號燈等都采用了LED照明方式。LED照明已經逐漸成為一項全球趨勢。

隨著超便攜式應用的迅速發展，對AC-DC適配器或供電插座的需求開始增加。中國信息產業部2006年12月頒布并于2007年6月強制實施的“YD/T 1591-2006移動通信手持機充電器及接口技術要求和測試方法”標準，對AC適配器實行標準化，可以避免便攜式可充電系統不得不配備自己的專用適配器的麻煩，并且大量減少了電力的浪費。此外，液晶電視市場以超出業界預期的速度發展，也為電源IC帶來極大的市場應用前景。

Maxim便攜式通信電源產品業務總監Tony Lai指出，手機用戶需要越來越多的功能，由此引發了需要高效率的應用——LCD背光。LCD背光解決方案要求體積越來越小，越來越薄，并且需要更高的效率。這些導致了多樣的電荷泵拓撲結構。負電荷泵的效率要高出傳統正向電荷泵10~12%。Maxim推出的MAX8647/8負電荷泵，為LCD顯示器背光供電時具有較高的效率。MAX8647可用于所有的顯示器背光以及通用照明管理。I2C接口可以對各個LED進行控制，實現靈活的多區照明管理。

電源管理IC發展趨勢

電源芯片在幫助電源子系統或電子整機產品不斷提高工作能效、降低待機能耗和改善功率因數的同時，也在朝著集成度更高、保護功能更強大的封裝更小巧等方向發展。王瑞興表示，DC/DC轉換器的增長超過了線性調節器，并將朝著取代線性調節器的方向發展。因為在超便攜式應用中，效率變得越來越重要。預計未來數年后3G電話的電池壽命會延長一倍，如果沒有這種高效的DC-DC轉換器，電池尺寸可能會變的很大。而功率管理市場的另一個發展趨勢是在板級、機架級和工廠級對功率系統內部通信的要求。這種要求為數字功率管理和監控以及數字環路控制提供了機會。數字環路控制能夠提供模擬領域很難或無法實現的優點(如動態自調補償)。相比同等的模擬解決方案，數字實現方案可以減少達50%的系統組件數目，這意味著更高的可靠性和更低的材料清單成本。

Armstrong則表示，在高功耗應用中，空間和散熱受到越來越多的重視。他指出，對于任何負載點DC/DC轉換器而言，緊湊、高效率和低靜態電流都是極其重要的，目的在于滿足新興的“綠色”標準。此外，許多微處理器和DSP都需要一個內核電源和一個輸入/輸出(I/O)電源，在啟動期間必須對這些電源進行排序。設計人員不得不考慮內核和I/O電壓電源在上電和斷電操作期間的相對電壓和定時，以與制造商的規格相符。如果沒有進行正確的電源排序，則有可能發生閉鎖或吸收電流過大的現象，從而會導致微處理器的I/O端口或某個支持器件(如存儲器、可編程邏輯器件PLD、現場可編程門陣列FPGA或數據轉換器)的I/O端口受損。同時，由于高性能、高功率電源設計對功率的需求不斷攀升，可用電路板空間同時也在日趨縮小。不僅如此，對電源設計人員(不管是否富有經驗的老手)來說，功率密度也使他們面臨著新的重大挑戰。通常，這些設計均需要擁有90% 以上的轉換效率，以限制功耗量和電源的溫升。熱性能就變得尤其重要，原因是可用于耗散因DC-DC功率轉換損耗所產生的熱量的空間非常小，而且空氣流量有限。另外，這些電源還必須具有超群的輸出紋波和瞬態響應性能，同時限制所需的外部電容數量，以縮減電源方案的總尺寸。

上海貝嶺股份有限公司市場與技術支持部經理顏重光對電源產品的發展趨勢做給出了一個綜合性評價。他表示，2007年便攜式產品市場對電源芯片的要求是集成更多的功能、小封裝、低功耗、低噪音、高共模抑止比、低成本、解決散熱瓶頸，電源芯片的一個發展方向是集成LDO+Buck+Charge Pump+I2C+SPI等多功能，并向SoC和PMU方向發展。未來，電源芯片集成的功能越來越多、性能越來越好、封裝越來越小、價格越來越便宜、功耗和待機電流越來越小、使用材料越來越環保。