以串联稳压电路为代表的线性电源技术在不同的电子时代其具 体实现方式由电子管、晶体管过渡到了集成电路,但其基本电路原理 却没有本质性的变化,以“通电即开、恒定电压供给”为默认属性来 定义电子产品中各个部分的电源供给,已成为传统电子产品设计的潜 在规则。随着电子技术、信息技术在人们生活中的不断渗透,为人类 服务的电子产品在数量上不断增加,其能量消耗已大大超过了人们生 活中照明所用的能源,严峻的能源危机迫使电源技术从电子产品的后 台走向前台。颠覆传统的电源设计理念,不断地在电源技术领域创新, 是实现绿色电子产品的重要措施。
家用电器:开关电源日渐普及 除了电视机外,历史上以照明、电冰箱、空调为代表的传统家用 电器曾经经历了不含任何电子单元的纯电器时代。那个时代的家用电 器由于不需要电源单元,或者对电源单元需求十分简单,电源技术的 发展几乎与家用电器没有任何关系。
随着电子技术和信息技术的高速发展,特别是数字化浪潮的推动, 在新的数字化家用电器不断产生的同时,电子技术和信息技术已开始 浸入到传统的家用电器之中。由电子技术和信息技术装备起来的新一 代家用电器的供电模式、能源消耗也发生了重大的变化,家用电器功 能的增加往往以牺牲能源使用效率为代价:电视机屏幕尺寸的增加, 意味着功耗的增加;传统的家用电器只要断开机械电源开关就不消耗 能源,而装备了手感良好的轻触式控制开关和具互联网接入功能的家 用电器只要一插上电源插头,不管它工作与否都要消耗能源。以不牺 牲家用电器的其他功能条件,不断地在家用电器的电源单元上创新, 已成为提高家用电器能源使用效率的重要措施之一。
目前开关电源取代线性电源或直接介入家用电器。由变压器和串 联稳压电路构成的电视机电源单元曾是黑白电视机中的标准电源单元。 但随着彩色电视机的出现,由于彩色电视机消耗的功率较大,提高彩 色电视机电源单元的转换效率成为降低整机功耗的重要措施之一。同 时电子器件的发展使开关电源在价格上能被彩色电视机所接受,因此 当电视机由黑白过渡到彩色的过程中,其电视机的电源单元也由线性 电源过渡到了开关电源。
开关电源在成功地进入电视机领域之后,借助它在转换效率、体 积和重量上优势,很快取代其他家用电器中线性电源,进入到vcd、dvd、 音响、充电器等领域。当电子技术进入到照明、空调、电冰箱等纯 电器构成的家用电器领域时,改变了这些家用电器的工作方式,线性 电源不能满足它们的要求,开关电源直接介入过去由纯电器构成家用 电器的领域。
提高家用电器的功率因数已成为现阶段电源技术创新的重要内容。 目前采用开关电源的家用电器的功率因数低,其能源的利用率也低。
由于开关电源在家用电器中的大量使用,而且家用电器拥有量巨 大,为了提高能源的利用率,目前世界各国纷纷利用法律和标准的形 式规范家用电器的功率因数,我国的3c规范中明确指出功率大于75w 的电器都要加装功率因数校正电路(pfc)。目前采用电子电路实施 的主动功率因数校正是目前电源技术的主要发展方向之一。提高家用 电器的功率因数已成为现阶段电源技术创新的重要内容,研发高性价 比的功率因数校正解决方案已成为全球半导体供应商共同关注的课题。
便携产品:动态供电成发展方向
层出不穷的新特奇功能不断出现在便携式电子产品之中。我们在 享受便携电子产品中这些新特奇功能时,也将付出能量消耗增大的代 价。在短期内我们不能指望电池技术取得多大突破,但人们又经受不 住便携式电子产品中各种新特异功能的诱惑,使便携电子产品设计者 继续在“效率”上花功夫。
为了使便携式电子产品的功耗降到最低,在便携式电子产品设计 中,以降低功率消耗为最优目标,根据便携式电子产品中各单元的具 体特性分别提供优化后的电源,已成为目前便携式电子产品设计的标 准模式。在该模式下,电源技术由单纯的提供恒定的电压的静态供电 模式,逐渐转向管理负载用电的动态供电模式。在静态供电模式下, 根据能源消耗最低原则,在便携式电子产品内部根据不同功能单元的 特性提供不同电压等级的恒定电压。最简单的动态供电模式是便携式 电子产品的电源单元不仅要提供多个不同电压等级的电压,而且还要 根据其负载的特性随时开启、关闭相应的供电回路。
为了进一步地降低便携式电子产品的功耗,一种根据集成电路的 工作状态分别要求不同工作电压等级节能降耗技术已进入实用阶段。 美国国家半导体公司宣布推出一款采用数字技术控制的powerwise 能源管理单元(emu)lp5550,它可与本公司的功率控制器及arm公 司的智能能源管理(iem)技术搭配一起使用,可将数字处理器核心 的功耗减少达70%。
汽车电子:规范第二类电器功耗
根据供