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環保風潮下的綠色電源發展趨勢

  時間: 2009-02-25 10:41     來源: 電子系統設計網     
 
    全球對環保和節能越來越重視,從個人到企業,越來越多開始意識到節能的重要性。電源的發展也順應此潮流,紛紛開發符合這一趨勢的新產品。

  要開源節流,除隨手關燈、關電外,降低產品的耗電量也必不可少。無論是對個人還是企業用戶,PC產品都是很重要的能耗源。多數人以為,採用低功耗CPU、存貯器、晶片就可以替電腦系統省電,但其實真正耗電的是“電源”!

  如今電子產品技術日新月異,己實現45奈米加工工藝,甚至朝向32奈米邁進,讓IT產業的主要耗電組件中央處理器(CPU)的功耗(Power Consumption)持續降低,要求電源的輸出功率與瓦數也隨之降低。但是瓦數降低的同時需要提高轉換效率,這加大了電源開發的技術難度。轉換效率越佳,對電力的消耗就會相對減少,因此電源轉換效率的提高對於節能會有相當大的幫助。

  身為能源運用的重要一環,電源產業無法置身於全球環保風潮之外,全球個人電腦(PC)所使用的電源的轉換效率(Efficiency)只要提高1%,1年就可望省下約10余座電廠所發的電,對環保與資源的貢獻將非同小可。因此近年來,電源產業也朝著節能減碳的方向發展,以符合市場需求。

安富利電子元件部電源設計中心設計經理黃志雄
安富利電子元件部電源設計中心設計經理黃志雄

  開關電源(Switch Power Supply)以半導體開關為基礎,把輸入的交流電轉換成直流電,再輸出給主機設備。如果無損耗,需要60瓦電力的筆電電腦,電源的輸出和輸入都應當只要60瓦,但實際上卻需要100瓦輸入。因為過去PC用電源的轉換效率只有60~70%,原本100瓦的交流電輸入,轉換得到的直流電只剩下60~70瓦,剩餘30~40瓦全被轉成熱能散失在空氣中。

  電能損失產生的原因,與電源內部的電容、電感、二極體品質不良、佈線不佳、線圈匝數不足以及電容容值太小...等因素有關。隨著PC功耗愈來愈高,電源功率也需要越來越高,市面上不少電源的功率已經接近1,000瓦。因此,由轉換效率不高造成的能源浪費更為嚴重。一般人很難分辨出電源的品質優劣,因此第三方認證機構就顯得格外重要,其中在PC類最令人關注的就是‘80 PLUS’新標準,它已成為電源產業衡量產品效能的重要標準。

圖1:‘80 PLUS’認證標章。
圖1:‘80 PLUS’認證標章。

‘80 PLUS’為美國Ecos Consulting組織所訂,其目的在促使節能科技的發展能夠更向前推進這一標準要求電源在20%(light)、50%(typical)、100%(full)3種不同負載下,其轉換效率都必須達到80%以上。同時功率因子校正必須大於0.9,才能獲得‘80 Plus’認可。

  在各家廠商的努力下,電源產品的效能持續提高,而80PLUS標準的出現,使電子廠商不得不努力確保電源產品的設計品質達到特定標準。而目前許多伺服器業者,更是標榜其搭載的電源,已達到90%以上水準的轉換效率,讓無形損耗的電力變得更少,不但為地球顯著減少能源浪費,更替消費者省下一筆可觀的電費開銷。

  在電源上設計上使用PFC功率因子校正(Power Factor Correction)電路,也可以減少虛功的損失。

  所謂功率因子,指的是用有效功率除以總耗電量的比值,功率因子值愈大,其電力利用率愈高。功率因子校正器的運作原理,是控制調整交流電電流輸入的時間與波型,使其與直流電電壓波型盡可能一致,讓功率因子趨近於1。

  功率因子越低,代表電力效能越低,即越多電力會無形地消失、耗損掉。一般電子設備沒有功率因子校正時,其功率因子只有約0.5;而有PFC功率因子校正功能的電子設備,可以增加電力系統容量、穩定電流,減少電力浪費。

  PFC功率因子校正線路可分為主動式(Active)、被動式(Passive)2種。被動式PFC,由電感、電容等組合電路來降低諧波電流,輸入電流為低頻的50Hz到60Hz,需要大量的電感與電容,其功率因子校正僅達75%~80%。主動式PFC,使用控制線路及功率型開關組件,通過調整輸入電流波型使其與輸出電壓波形盡可能相似,功率因子校正值近乎100%。

  整體來說,採用主動式PFC的電源的重量,比用笨重組件的被動式PFC產品輕巧許多,符合消費性電子產品輕薄設計趨勢;且主動式PFC提高功率因子值可達95%以上,被動式PFC約只能改善至75%。採用主動式PFC比被動式PFC能節約更多的能源。

  目前英特爾(Intel)發起拯救氣候行動計劃,以促進電源使用效益及降低耗電量為目標,以節能與減少溫室氣體排放量為主要目的,從2007年就積極展開行動。能源之星(Energy Star)4.0已將80 Plus列入標準。

  80%轉換效率只是目前對電源效能的基本要求,以更長遠的眼光來看,在未來克服技術與相關零組件等難題後,電源轉換效率勢必要達到高於80%的水準。預期未來個人電腦或伺服器的電源轉換效率將需達90%以上,但這個境界並非一蹴而就,而是逐年循序漸進地增長,由80 PLUS逐步往上延伸,歷經80 PLUS BRONZE(銅牌)、80 PLUS SILVER(銀牌)、80 PLUS GOLD(金牌)等標準(如附表),至90 PLUS標準。

 
編輯: 邵磌     
 

 

 
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