如何充分利用家中的電能

一些機(jī)構(gòu)正在開展一些新的研究項(xiàng)目，其中Berkeley國(guó)家實(shí)驗(yàn)室對(duì)加州的13個(gè)新建尚未入住的住宅中的電器設(shè)備進(jìn)行了研究。

在建筑物內(nèi)安裝的所有家用電器都裝上了測(cè)量?jī)x器，測(cè)試它們?cè)谶\(yùn)轉(zhuǎn)和待機(jī)模式下的功耗。結(jié)果表明，這些未入住的住宅平均每年消耗800kWh的電能，其中有一半是在低功率的待機(jī)模式下消耗的。440kWh的耗電量可以換算成50W的持續(xù)待機(jī)功率，這可是還沒有住人的房子。有些設(shè)備的功耗比預(yù)計(jì)的待機(jī)功耗要大，如燃?xì)獗跔t的功耗是5W，車庫(kù)門開啟裝置的功耗是5.4W，監(jiān)控?cái)z像機(jī)和寬帶路由器的電源功耗是20W。

由于消費(fèi)類電子產(chǎn)品的快速發(fā)展，可以肯定的是，住戶還需要更多的其他家電設(shè)備，例如家庭娛樂設(shè)備、有線和無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，這些設(shè)備在待機(jī)模式下的功耗可能與上面提到的設(shè)備功耗不相上下。

在新技術(shù)和政府法規(guī)如何互相促進(jìn)方面，數(shù)字電視適配器是很有說服力的成功案例。預(yù)計(jì)到2009年2月，在全美的家庭中將有近3000萬部數(shù)字電視適配器，這些適配器既沒有接電纜也沒有接衛(wèi)星電視。目前，能源之星計(jì)劃正在制定標(biāo)準(zhǔn)，要求在睡眠模式下的最大功耗為1W，并且如果在幾小時(shí)內(nèi)還不工作，就強(qiáng)制性地自動(dòng)關(guān)機(jī)。

外置電源轉(zhuǎn)換模塊

公眾對(duì)全球變暖的了解不斷增加，世界各地的立法機(jī)構(gòu)也在不斷頒布更加嚴(yán)格的節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)，并且各國(guó)各地區(qū)的不同標(biāo)準(zhǔn)也在趨于統(tǒng)一。

最明顯的例子是，包括歐盟、中國(guó)的CECP、澳大利亞溫室辦公室、韓國(guó)的KEMCO都準(zhǔn)備采納美國(guó)能源之星和加州能源法案（CEC）類似的標(biāo)準(zhǔn)。最近，有些機(jī)構(gòu)已不再只是敦促廠商自愿采納標(biāo)準(zhǔn)，轉(zhuǎn)而要求廠商必須遵守這些強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)了。在美國(guó)，很多州直接采納了CEC的標(biāo)準(zhǔn)，并作為強(qiáng)制性的要求。

外置電源標(biāo)準(zhǔn)顯示了一個(gè)重要的立法趨勢(shì)。除了要求低功率適配器在無負(fù)載情況下的功耗要小于0.5W，還要求在很寬的負(fù)載范圍內(nèi)，效率都要達(dá)到一個(gè)最低值，如表1所示。

不增加成本或用低成本實(shí)現(xiàn)高效率

由于法律法規(guī)不斷增加，就要求設(shè)計(jì)師能夠滿足這些嚴(yán)格的要求。要把效率提得那么高，的確是一個(gè)挑戰(zhàn)，但好消息是，芯片技術(shù)的進(jìn)步使得電源能夠在一定的功率范圍內(nèi)，一直保持很高的效率，待機(jī)功耗也極低，而且不需要額外的成本。

以前，很多內(nèi)置和外置電源制造商都采用線性變壓器和穩(wěn)壓器。這種傳統(tǒng)方法很少能達(dá)到50%的效率，在無負(fù)載的時(shí)候會(huì)浪費(fèi)很多能源。隨著近年來銅材價(jià)格的上漲，這種線性電源的成本優(yōu)勢(shì)已經(jīng)消失了，所以幾乎所有的新型電源都采用了開關(guān)電源技術(shù)。

Power Integrations公司在1998年推出了名為EcoSmart的高能源效率的電源技術(shù)，可以在待機(jī)和無負(fù)載情況下實(shí)現(xiàn)很高的效率，而且還減少了外部器件的數(shù)量，降低了系統(tǒng)成本，提高了可靠性。采用類似EcoSmart技術(shù)的IC都有檢測(cè)低功耗狀態(tài)的電路，采用一個(gè)或更多的步驟來改善效率。一是降低占空比，限制向負(fù)載輸出的功率，吸收更少的輸入電流。二是采取周期跳越，在等待設(shè)備喚醒時(shí)，只在一個(gè)很短的時(shí)間內(nèi)消耗能量。這樣就可以有效地降低平均工作頻率，減少開關(guān)損耗并提高效率。

采用這種功率轉(zhuǎn)換芯片的典型應(yīng)用電路如圖1所示，該電路采用了TinySwitch III穩(wěn)壓芯片、偏壓線圈，只需3個(gè)外部器件，將待機(jī)功耗從300mW降至30mW，增加的器件成本只有0.01美元，而每年節(jié)省的能源價(jià)值 0.27美元。圖2顯示，在整個(gè)功率范圍內(nèi)，該設(shè)計(jì)都保持了相當(dāng)高的效率，符合目前的發(fā)展趨勢(shì)。

圖1 采用偏壓線圈的電源設(shè)計(jì)

圖2 電源的效率曲線

有人設(shè)想，未來只用一塊太陽(yáng)能電池板就可以滿足整個(gè)住宅的能源需求。雖然人們?cè)?a href="http://ttokpm.com/v/" target="_blank">智能住宅的設(shè)計(jì)上已經(jīng)取得了巨大進(jìn)步，但由于房門開啟器、安全攝像機(jī)，以及其他附屬設(shè)備對(duì)電能需求的不斷增加，要達(dá)到上面這個(gè)目標(biāo)顯然還有很長(zhǎng)的路要走?，F(xiàn)在，電子設(shè)備設(shè)計(jì)師必須使用高效率的開關(guān)電源，用開關(guān)電源取代浪費(fèi)能源的線性電源，并且滿足旨在提高能源效率的新法規(guī)的要求。