關鍵電源及LED照明應用的設計挑戰(zhàn)及解決方案
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以多路輸出臺式機ATX電源為例，80 PLUS銀級規(guī)范、計算產業(yè)氣候拯救行動(CSCI)銀級規(guī)范自2009年7月開始生效，要求多路輸出臺式機ATX電源在額定輸出功率的20%、50%和100%等條件下能效分別達到85%、88%及85%。后續(xù)的80 PLUS金級和CSCI金級規(guī)范將于2010年7月開始生效，進一步將能效要求提高到87%、90%和87%。
又如平板電視，隨著尺寸的增大，其能耗日益成為業(yè)界關注的問題?！澳茉粗恰贬槍﹄娨暤?.0版規(guī)范將于2010年5月1日生效，這規(guī)范要求可視屏幕對角尺寸為32英寸、42英寸和60英寸的平板電視在工作模式的能耗分別不超過78 W、115 W和210 W，而后續(xù)將于2012年5月1日生效的5.0版規(guī)范則進一步要求這幾種尺寸平板電視工作能耗不超過55 W、81 W和108 W，參見表1。歐洲的EuP指令也有著類似要求。除了要求工作能耗降低，這些規(guī)范還要求降低待機能耗，因為數據顯示，可觀的電能是在待機模式下消耗的?！澳茉粗恰钡饶苄б?guī)范當前對待機能耗的要求是不超過1 W，未來可能要求不超過0.3 W甚至是不超過0.1 W。
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而在筆記本電腦等產品中廣泛使用的適配器/外部電源方面，“能源之星”的2.0版規(guī)范已于2008年11月1日開始生效。以“能源之星”的2.0版外部電源規(guī)范為例，這規(guī)范要求輸出功率大于49 W的外部電源(典型產品如筆記本適配器)的工作能效從1.1版的84%提升至87%，待機(空載)能耗從不超過750 mW降低到不超過500 mW，而功率因數(PF)也要求不低于0.9。歐盟EuP生態(tài)設計指令2005/32/EC規(guī)范No 278/2009的第一階段和第二階段要求分別將自2010年4月及2011年4月開始生效，其中第一階段的要求是輸出功率大于51 W的外部電源工作能效不低于85%，空載能耗不超過500 mW，第二階段的空載能耗要求不變，但能效要求提開至87%。
除了這些應用，LED照明或稱固態(tài)照明(SSL)如今也是炙手可熱的應用，1.0版的“能源之星”SSL規(guī)范已自2008年10月1日生效，要求關態(tài)(off-state)能耗為零，最低能效要求根據應用的不同(如聚光燈、戶外燈等)而不同，功率因數要求方面，商業(yè)應用是不低于0.9，住宅應用是不低于0.7。
電源及LED照明應用設計挑戰(zhàn)
這些關鍵電源及LED照明應用為設計工程師帶來了挑戰(zhàn)，既需要增加能效密度，又要改善功率因數，并提高產品的可靠性。
具體而言，由于總能效要求及散熱限制，設計工程師必須致力提升能效，即便是在低功率應用(或輕載)時也是如此。此外，并不是只有在較高功率電平時才要求功率因數校正(PFC)，相對較低的功率時也可能要求PFC。此外，這些應用中常常會面臨空間受限的問題，特別是在以LED照明替代傳統(tǒng)燈泡的應用中?？傮w可靠性也非常重要。輸入電源范圍也要更寬，支持277 Vac電壓。此外，還面臨一些特定照明要求，如三端雙向可控硅開關元件(TRIAC)調光等。
應對策略
要應對這些關鍵電源及LED照明應用的設計挑戰(zhàn)，需要采用更新的技術或優(yōu)化的電源拓撲結構及方案。
以平板電視應用為例，為將能效提至最高，可將傳統(tǒng)采用的冷陰極熒光燈(CCFL)背光替換為新興的LED背光，如直下式背光或側光式背光，不僅有助于纖薄型電視設計，還幫助降低能耗，提升能效。如果維持采用目前性忦比仍然更高的CCFL背光，也可以采取不同的有效措施，如在提供同等光輸出的條件下減少燈數量及降低能耗，或采用新穎的逆變器驅動器方案，如液晶電視集成電源(LIPS)，減少一個電源轉換段，提升能效并降低成本。
安森美半導體以領先產品及方案來支持高能效趨勢
安森美半導體身為首要的高性能、高能效硅方案供應商，提供電源管理及LED照明方案來節(jié)能，幫助客戶滿足并超越世界各地的電源規(guī)范標準(工作能效、待機能耗、低靜態(tài)電流及功率因數校正等)，成本平價或比傳統(tǒng)方案更低。
需要強調的是，安森美半導體采用整體途徑來實現高能效，包括：
1)降低待機(空載)能耗。包括使用準諧振(谷底開關)、在2段式轉換器關閉PFC段等更好的拓撲結構，以及采用頻率反走、跳周期、軟跳周期和高壓自舉(bootstrap)電路等新技術。
2)提升電源工作能效。包括使用更好的器件，如場效應晶體管(FET)和二極管，以及使用更好的拓撲結構，如頻率反走、同步整流，及準諧振、完全諧振、有源鉗位(反激或正激)等軟開關技術。
3)功率因數校正(或減少諧波)。包括將PFC與主轉換器結合，以及優(yōu)化指定應用和電平的PFC控制模式，如非連續(xù)導電模式(DCM)、臨界導電模式(CrM)或連續(xù)導電模式(CCM)。
安森美半導體針對這些關鍵的電源及LED照明應用提供眾多的領先產品，如PFC控制器、交流-直流(AC-DC)控制器、高壓MOSFET、LED驅動器、整流器、次級同步整流控制器、直流-直流(DC-DC)開關穩(wěn)壓器及低壓降(LDO)穩(wěn)壓器，并基于這些領先產品提供高能效的GreenPoint?參考設計，用于ATX電源、筆記本及打印機電源適配器、電視、固態(tài)照明及其它應用。
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圖1：安森美半導體用于ATX臺式機的能效高于85%的255 W電源參考設計 |
又如，在通用LED照明應用方面，安森美半導體對一款從零售商店購得的鹵素燈臺燈，采用LED模塊進行重新設計。原35 W鹵素燈在120 Vac時的輸入功率為41.7 W，亮度為744流明，而基于安森美半導體NCP1014構建的LED模塊的LED臺燈在120 Vac條件下的輸入功率僅為10.9 W，即能耗僅相當于傳統(tǒng)鹵素燈的1/4，但光輸出卻高于鹵素燈，達到795流明。這采用LED模塊的新臺燈設計既減小產品體積，又極佳地實現節(jié)能。這LED模塊的電路圖參見圖2。
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圖2：采用基于NCP1014的LED模塊重新設計的臺燈的電路圖 |
安森美半導體旨在成為高質量、高性價比、高性能電源管理方案的首選供應商，除了推出關鍵的控制、驅動及電源轉換IC，還配合推出高壓MOSFET及整流器產品，并提供豐富的整流器封裝系統(tǒng)，包括新的SO-8 FL整流器封裝，其熱性能幾乎與DPAK小巧封裝一樣好。
總結：
計算機、平板電視、適配器等關鍵電源應用及LED照明應用面臨更高能效要求，并為設計人員帶來挑戰(zhàn)。安森美半導體現有構建高能效電源及LED照明應用的先進技術及產品，且是完整解決方案供
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