全球正越來越關注能耗問題。降低能耗有兩種方式，其中，節(jié)能需要個人/社會有意識的制定相關策略，而改進能效則是一種純技術性的方式，對于終端用戶是透明的。

在美國使用的全部電能中大約有3%以熱量的形式損耗在能量轉換過程中。包括半導體公司、供電公司和終端產品制造商在內的能源電子行業(yè)正努力通過提高能量轉換的效率，降低大量消費電子產品的待機功耗，將這種熱能損耗減少一半。

本文縱覽了電子產品的能量損耗情況，回顧了降低能耗的一些關鍵技術。如果這些技術得以推廣應用，那么每年由于節(jié)能而帶來的潛在效益將達到600億美元。如果你是一位能源電子行業(yè)的專家，那么希望本文能夠給你帶來一些啟發(fā)。

能源現(xiàn)狀

當前，美國排放的碳量達到了 2.75Gt/年，如果按照目前的趨勢持續(xù)下去，這一排放量將在2050年增長40%。電子工程師（尤其是能源工程師）在節(jié)能探索方面將大有作為。

在全美使用的電能中大約6%～10%是從交流電轉換為直流電的。通過提高電源的供電效率，全美消耗的電能可以節(jié)省1%～2%――這相當于每年可節(jié)省30～60億美元。

住宅部分

美國的居民住宅每年大約消耗13000億千瓦時的電能。其中，17%的電能消耗在“插塞負荷”（plug loads）上，總量約為2210億千瓦時。將這一能耗進行分解，其中IT產品消耗31.1%，娛樂消耗41.3%，其他活動消耗27.6%。

圖1 電子產品必須達到能效閾值才能獲得外部電源的能源之星標志

近幾年，人們采取了很多措施提高公眾對節(jié)省電能問題的重視，世界上很多國家的政府都啟動了自愿的和強制的計劃，促進企業(yè)設計更高效的電子產品，以更加負責任的態(tài)度使用電能。在美國最成功的一個例子就是“能源之星”，這是一項促進研發(fā)更高效產品，鼓勵消費者購買這類產品的自愿性計劃。其方法是，調查現(xiàn)有產品的能耗情況，然后為這類產品設置一個必須達到的能耗閾值并給達標的產品授予能源之星標志。圖1給出了功率輸出小于200W的外部電源能效改進有源模式，其中還包括沒有負載情況下的功耗準則。

80 PLUS計劃

根據(jù)www.80plus.org網(wǎng)站所宣稱的，“80 PLUS計劃是一個獨特的論壇，它以極富創(chuàng)造力的工作聯(lián)合電子行業(yè)、計算機行業(yè)和消費者，將高能效的電源應用到臺式電腦和服務器中。”80 PLUS的節(jié)能規(guī)范要求在20%、50%和80%的全負荷下，電源效率應達80%以上，功率因數(shù)達到0.9以上。已經(jīng)有450多種臺式電腦的電源獲得了80 PLUS標志。其他類似的節(jié)能規(guī)范遍及世界各地。

功率因數(shù)補償

按照80 PLUS節(jié)能規(guī)范，除了無負荷和有源模式下的性能，第三項節(jié)能指標――功率因數(shù)――通常也很重要。在大多數(shù)國家中，對于連接市電輸入功率為75W以上的產品要求具有較低的輸入電流諧波。在開關式電源中，人們通常增加一個功率因數(shù)補償增強預調器，對輸入電流進行整形，使之與輸入電壓相匹配，從而滿足這一節(jié)能指標的要求。這種方式截斷了輸入諧波，因而減小了輸入電流的rms值，節(jié)省了電力公司生產無功功率的成本，減少了為了向電網(wǎng)提供更大電流而擴大電力基礎設施的投資。

圖2 ON Semiconductor公司推出的80 PLUS參考設計是一個滿足大批量消費電子產品市場嚴格的低成本要求的高能效設計范例

功率電子產品設計者面臨的挑戰(zhàn)

為了應對不斷發(fā)展的節(jié)能目標帶來的挑戰(zhàn)，電源制造商協(xié)會（PSMA，www.psma.com）構建出了一種交互式能源管理數(shù)據(jù)庫（energy regulation data base），用戶通過該數(shù)據(jù)庫能夠按區(qū)域、應用、國家/地區(qū)或者機構快速查詢其能源法規(guī)。這樣一來，設計人員就能夠很方便地掌握各種節(jié)能指標的要求，進而在設計過程中采取必要的節(jié)能手段。

基于能效的設計

可以想到的是，這些新型電源將在很大程度上依賴于半導體技術――二極管、開關晶體管和控制IC。半導體公司已經(jīng)意識到了提供兼容性產品的必要性。為便于推廣這些新型器件，通常針對特定的應用推出一些參考設計，并且伴隨PCB的設計提供詳細的說明文檔。

在80 PLUS計劃剛剛出臺時，ON Semiconductor公司就推出了面向臺式電腦電源產品的一款GreenPoint參考設計，這是滿足80 PLUS節(jié)能指標要求的第一個開放式設計。這一設計套件面向對此感興趣的電源產品制造商免費提供，并且得到了廣泛應用，以滿足高效節(jié)能指標的要求。它是一個滿足大批量消費電子產品市場嚴格的低成本要求的高能效設計范例。該參考設計的的模塊圖如圖2所示。