綠色電源設計趨勢：“開源”與“節(jié)流”并舉

提升轉換效率是優(yōu)化電源系統(tǒng)性能，實現(xiàn)“節(jié)流”的重要一環(huán)，究其原因是各項節(jié)能環(huán)保標準及規(guī)范對現(xiàn)有電源系統(tǒng)提出了種種要求。例如，國際能源署(IEA)倡導的“1瓦計劃”提出在2010前，要將所有電器的待機能耗降至1瓦以下；80PLUS標準要求臺式PC機的效率在不同負載條件下都要高于80%；歐洲IEC555管理條例規(guī)定，功率超過75W的產(chǎn)品就需要增加PFC；美國加州能源委員會(CEC)則出臺了針對外部電源的強制性能效標準。必須采取措施來滿足這些電源標準和規(guī)范。AC/DC轉換的效率既與原材料本身相關，也涉及設計復雜程度和設計技巧的問題。針對具體功率應用需求選擇合適的工作模式，優(yōu)化材料的選用并采用合適的設計技巧，能夠有效地提升轉換效率。除了采用損耗較低的器件，改善AC/DC電源性能主要可利用諧振轉換、同步整流等技術來實現(xiàn)。也可以通過新型的PFC結構提高效率，如無橋PFC和交錯式PFC等。交錯式PFC控制器可幫助設計人員簡化電源設計，提高系統(tǒng)可靠性，實現(xiàn)更高的功率因數(shù)與額定效率。

　　對于DC/DC轉換器而言，開關損耗是決定其能效的關鍵因素之一。軟開關技術或者低柵電荷FET開關等都是降低開關
損耗的有效手段。此外，當負載很小或處于空載待機狀態(tài)時，可利用新型的工藝和控制方法(如SMARTMOS硅片工藝、脈沖跳頻技術、突發(fā)模式等)實現(xiàn)待機電流的最小化，從而使DC/DC轉換器在整個負載范圍內保持高效率。

　　從電源架構入手是改善能效的另一種途徑。電源架構的功效取決于系統(tǒng)級需求、采用的元件和設計拓撲。目前分布式架構應用得十分廣泛，這種架構具有最優(yōu)的調整精度和瞬態(tài)響應，可以向負載提供更好的加載和線性調整率以及良好的EMI性能。另一方面，根據(jù)系統(tǒng)的大小，規(guī)劃混合型的總線結構也能降低系統(tǒng)風險和成本。

　　創(chuàng)新綠色能源的出現(xiàn)則為“開源”提供了保障，因此，在盡可能深掘現(xiàn)有電源系統(tǒng)轉換效率的同時，半導體供應商也開始將目光投向這些替代能源，如燃料電池、風能、太陽能、水力、地熱、潮汐等等，其中太陽能、風能和燃料電池是當前最受青睞的三種綠色能源。例如，太陽能已在衛(wèi)星和家用熱水器上得到了廣泛的應用，太陽能驅動概念車已經(jīng)出現(xiàn)；中國已在甘肅建成風能發(fā)電中心；利用甲醇的燃料電池也已接近商用化，三星現(xiàn)已開發(fā)出基于燃料電池的數(shù)碼相機和手機原型。

　　當然，太陽能、風能以及燃料電池的利用仍存在著功率轉換效率低以及成本較高的問題。不過，世界總是在矛和盾的交錯中前進的，當前正在興起的有機薄膜太陽能電池技術就有望可大幅提高功率轉換效率。同時，半導體廠商也正在積極開發(fā)能夠最大限度獲取新型能源并將其轉換成電能的直流轉換技術，德州儀器的DC/DC升壓轉換器TPS61200支持太陽能電池與微型燃料電池等新型電源在便攜式設備中的應用，可在不足0.3V的輸入電壓下高效工作。