京都议定书生效后 产业面对的节能挑战

国际整流器公司AC-DC行销经理/Stephen Oliver



联合国于1997年所草拟的京都议定书认为，工业化国家所制造的温室气体与全球温度的提升有着密切的关系，并订下世界各国家都必须对造成暖化效应的污染进行减量动作的目标。但随着人口成长与每人单位能源使用量的激增，减少兴建新发电厂需求的关键显然在于探索更有效率地使用能源的新方法。









电子产业有几个途径可以减少能源消耗，这些方法甚至具有将能源使用量降低30%的潜力，并能协助各国政府达成京都议定书所预定的目标。IR对于从产品设计面上着手，创造产品的环保价值并确保未来生态环境的永续经营有着很深的承诺，并以降低对本地及全球环境的冲击作为指导原则。



要克服京都议定书的挑战，需要从全盘的、系统的层面的方式的节省能源做法上着手。例如将数据处理应用系统中AC-DC和DC-DC电源转换的效率提升得越高，则不必要的废热也可以随之减少，连带地让机房空调所需要的能源消耗也降得更低。IR正持续与客户携手合作，提供效能与效率最高的电源管理与空调解决方案。

　　

让电力传输更有效率

在电力送进家庭或公司行号之前，总谐波失真效应(Total Harmonic Distortion, THD)是影响电力线传输效率最重要的因素。电力传输的效率越差，则需要兴建更多发电厂，并燃烧更多燃料来满足电力需求。日本、欧洲、中国等地区的政府所制定的新法规已经对于电力传输系统的THD做出更高的要求，这些国家或地区的政府所统治的人口大概占了全球30％左右。



一项被称为主动式功率因素校正(Active Power Factor Correction, Active PFC)的技术可以被用来提升电力传输系统的THD以符合政府的新规定。对于为计算机、LCD/PDP TV、冷气机等装置设计电源供应器的公司而言，透过使用像是μPFC或是PFC-plus-primary搭配照明设备控制器的设计方案，就可以既简单又具成本效益地实现Active FPC。除此之外，使用PFC技术也可以创造出稳定的总线电压，并允许设计者在电源一次侧与二次侧的部份使用更低电压、效率更高的零件。

　　

提升运作效率

在运算与电信应用中，透过使用新的电路拓朴设计与硅材料也可以达到提升效率的目标，同时也意味着可以推出符合消费者需求的更小型系统产品，例如桌上型计算机的尺寸越来越小，同时，市场重心逐渐向笔记型计算机发展的趋势，电源供应器的设计也必须随着演进。原始、笨重、且缺乏效率的ATX曾经是电源供应器市场上的主流，然后逐渐演变为较小型的μATX，到了现在，CFX已经是这类被称为“银盒子”的气冷式电源供应器的业界标准。

然而，业界的设计潮流仍在向更小型的桌上型与笔记型计算机前进(像是苹果计算机的Mac mini)。这意味着系统的电源供应器必须采用外接式或是 “封闭式” 的设计。这类电源供应器将不再有风扇可以来帮助散热，同时系统对能源转换效率的要求也将超过90%。



除了技术的挑战之外，80+与能源之星这类新标章或规范的导入也对供货商与消费者选用高效率系统产生推力。电源供应效率的量测通常是在100%负载的条件下进行的，但事实上在绝大多数的时候，计算机系统只从电源供应器那边汲取不到一半的能源。



对此，80+规范设定了各种不同负载状态下的最低效率。这对电源供应器的拓朴带来了重大的变革——主要是以新的回响式(resonant)半桥系统取代旧有的顺向转换器，以及用MOSFET取代原先的萧特基二极管来进行同步整流。在同步的例子中，新的设计一方面可以降低系统成本，另一方面却可以实现更高的效率与能源密度。



而在马达驱动应用中，更存在着巨大的节能潜力。今天，应用在风扇、泵、冷气机、洗衣机、冰箱等家电产品中的马达，其所消耗的电力占了全球电力使用量的一半。全球超过80％以上的马达仍在使用笨重而缺乏效率的电子机械式控制，其效率通常仅有50％左右。如果以使用iMotion控制器的变频式马达与永久磁铁DC无刷马达来取代这些现有的马达，将可以省下最高达60%的电力浪费。



在照明领域，从传统白炽灯转变成CFL灯管，并结合可以自动调整亮度与开关的照明系统，将可望降低全球能源消耗约10%左右。在运输领域，瓦斯-电力混合车辆看起来是最具可行性的新技术。在这里，瓦斯槽可以被视为一种长时间、长距离的能源储存装置，当汽车停止时，整合了启动器与交流发电机的系统可以替汽车的电池充电，以提供汽车电动马达在汽车发动或市区行驶等高低不同转速阶段操作时所需的能源。现有的电子技术在运输方面的应用，可以节省高达60%的化石燃料消耗量。



各种电子装置都会耗电，就算在待机或睡眠模式中也是一样。虽然只有区区数瓦的功耗，但是家中或办公室内的各种电子设备(手机充电器、电动牙刷、VCR、打印机、计算机、厨房家电等)累计起来却是一笔可观的数量。从线性电源供应器转换到交换式电源供应器已经对于降低这类不必要的功耗有着极大的帮助，但新的1W Standby、CEC Regulations、能源之星等规范要求却需要透过采用新的拓朴与技术才能达成，例如在需要PFC的应用里面，PFC区块在低电源状态下可以被关闭起来以节省更多能源。IR的许多新款控制IC所具备的启动针脚与micro-power待机电流功能都是为了协助客户能设计出符合这些新规范的系统而设计的。



结语

能源效率与能源密度(W/in3)的同时提升让系统的尺寸可以越来越小，这意味着比较小的PCB板面积、散热片、机壳、以及其它组件的使用量。这可以使生产电子产品所使用的能源与有害化学药剂降低。例如以90W的笔记型计算机配接器为例，新的同步整流技术可以把三个TO220二极管用一个TO220 MOSFET来取代，并且所使用的散热片与印刷电路板面积也缩小很多。



这些制造上的改变如果与像是欧洲的RoHS无铅指令与日本的3R联合起来看，则较少的器件数量同时也意味着日后需要回收处理的电子垃圾也减少了。这除了可以降低成本之外，也连带使得回收处理所需使用的能源减少了。



IR与客户一同携手提供给业界独特、领先的解决方案。而其客户亦多半将京都协议所带来的挑战视为一个让他们的产品得以与其它竞争对手有所差异化的机会，并透过各种对环境友善的产品特性来避免与竞争对手进行纯粹的价格战。较高的能源效率也意味着电源系统可以有新的小尺寸或美观设计，或是透过更高的输出功率所带来的效能领先来与其它技术层次较低的竞争对手进行区隔。这些能源效率较高的新产品，可以从符合Energy Star与80+规范的产品列表中获得相关信息，让消费者可以根据能源效率来选择符合需求的产品。

从技术面来看，电子产业目前已经拥有可以节省30%能源使用量的技术，京都议定书所带来的真正挑战在于，业界必须想办法在现有技术能力许可的前提下尽可能实现各种节能技术。