节约型社会话电源节能

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节约型社会话电源节能 [复制链接]

如今我们已经进入了一个节约型社会，如何提高电源的使用功效、创造电源节能设计是摆在电源工程师们面前的课题。
观点一：提高电源使用效率是电源管理的一部分
提高电源效率是一项专门的技术，多数由硬件电路构成，如高效的开关电源(DC-DC变换)，但它只是电源管理的一个部分，而不是全部。目前为了使设计者更方便地进行电源管理，一些厂商还开发了电源管理软件用于嵌入式操作系统，运用这类操作系统，可以有效地降低软件编制中的工作量，同时优化系统的电源管理，所以说电源管理既包含电源变换效率问题也包含负载降低功耗的问题。
观点二：电源节能要同步整流IC
二十几年前，电源供应从线性转为交换式设计，以达到节源的目的。现今为了更进一步提高电源的使用效能，在交换式电源设计的部分又衍生更多更复杂的设计，目的就是为了符合更严苛的节能要求。例如早期普遍使用的标准PWM IC UC384X系列，现今又推出相同功能的PWM IC SG6841，不但标榜超低启动电流与低待机电流，更可以让整机系统的待机功耗降至最低。除了达到节能的目的，更诉求进阶的功能。除了IC的演进外，线路架构效率也在提升，例如在回路设计方面，SMPS二次侧的设计方式由一般的异步整流，演变到现在的同步整流。为适应节能风潮，电源供应装置在设计趋势上亦有所演进，电源供应器更将目光移转至AC-DC二次侧的竞争，进入能源效率提升的重大改革，将AC-DC的效能使用转换率推至高点。
观点三：便携式电源提高使用功效要克服三个问题
对于电源系统设计工程师来说，提高便携式电源功效需要面对新挑战，他们必须克服以下的技术问题:
①集成技术：最先要解决的问题是如何为执行不同功能的每一内置电路供电，问题的症结是这些电路大部分都以不同的电压操作。
②能源效益：这些便携式电子产品都采用电池操作，电池寿命能否延长，电源管理系统的设计具有举足轻重的作用。
③此外，工程师一方面要尽量提高功率转换效率，而另一方面又要确保产品外型轻巧纤薄、方便携带以及耗散极少的热能。要在这么多的要求之中取得适当的平衡并不容易。要解决以上问题，需要一个考虑周详的全方位解决方案。
观点四：电源质量控制节电理念开始流行
目前，一种新的节电理念——“电源质量控制节电”开始流行，它将高质量用电与高效率用电相结合，通过清除电源污染，提高电源质量来提高设备运行效率，从而达到节电的目的。它通过多级瞬变抑制元件、多重跟踪滤波器和独到的内部设计，可有效地抑制电网电路中的瞬变浪涌，滤除高频谐波，提高设备的运行效率，延长设备的使用寿命，具有节电和保护设备的双重功效。其节电保护原理主要表现在以下四个方面：①滤除高次谐波节电，②抑制瞬变清洁节电，③计量节电，④降温节电保护。
观点五：提高电池使用功效的几个问题
电池续航能力的两个关键
提高电池续航能力的两大关键不外乎是提高电源供给的效率和降低负载的功耗。提高电源供给的效率就是要选择合适的电压变换电路。而降低系统功耗主要看两个指标，即工作电流和静态电流。针对工作电流，一般设计时会采用较小功率消耗的芯片或者元器件，在布线时尽量减小线路板负载。很多电源芯片可以由微处理器控制，根据电流消耗选择不同的电流输出。针对静态电流，一般选用较小静态电流的芯片，将所有未使用的芯片休眠，关闭微处理器所有未用IO口，如在光亮充足的情况下，自动关闭显示屏背光，或者在耳机未插入的时候让音频芯片处于休眠待机状态等等。
提升电源转换效率
在功能丰富的新型电池供电型产品的电源管理系统中，往往需要将输入电压进行多次升压、降压转换以满足各种功能块的需求，以手机而言，显示屏背光、处理器、存储器、闪光灯等就分别需要不同的供电电压输入，如何减少输入输出转换过程中的浪费，即进一步提高转换效率是便携式设备电源管理最主要的着眼点。另外一个日渐凸显的发展趋势是采用开关电源来取代线性稳压器，因为这样可以大幅提高转换效率，从而延长电池的使用寿命。
降低负载功耗
在现有电池的功率密度得不到显著改善的情况下，降低便携式产品各种功能的负载功耗是增加电池续航时间的一个重要保证。举个例子，在一部功能完善的手机中，将各种功能以功率消耗量排序，依次是扬声器、彩色显示屏、闪光灯、相机、通话、MP3等。而其中尤以前三项为耗能大户，消耗功率均在300毫瓦以上，带有免提功能的扬声器输出功率甚至高达2瓦。因此，如何对这些高耗电型功能的电源管理进行进一步的技术改造和升级遂成为延长便携式系统续航能力的重要方向之一。
观点六：三种笔记本电脑CPU节电技术值得关注
Intel SpeedStep技术
Speed Step是Intel CPU使用的一项技术，在移动Pentium-3600MHz之后的移动版Pentium处理器中，Intel加入了一个通过降低CPU运行主频来达到降低功耗的技术——SpeedStep。(移动Pentium M处理器中，Intel重新设计了这个技术，被称之为“增强型SpeedStep”)它可以让处理器在两种工作模式之间随意地切换，这两种模式即交流电状态时的最高性能模式(Maximum Performance Mode)和电池状态时的电池优化模式(Battery Optimized Mode)。所谓最高性能模式是指当笔记本电脑与交流电源连接时，可提供与台式机近似的性能；而电池优化模式是指当笔记本电脑使用电池时，会让笔记本电脑的性能发挥与其电池使用时间之间达到最佳的平衡。如使用SpeedStep技术的650MHz和600MHz的处理器，当它们以最高性能模式运行时，可以分别提供650MHz和 600MHz的工作频率，而以电池优化模式运行时，处理器的工作频率则是500MHz。
移动型PentiumⅢ或Pentium4芯片都采用了自动调节动态频率和电压开关的SpeedStep技术，这使得它们可以在较高的工作频率和电池能量最优化之间进行切换。笔记本电脑系统的BIOS是通过CPU注册ID签条得知CPU具有SpeedStep功能的，在确定笔记本电脑是否正在采用交流电源供电后，BIOS和ASIC将向CPU发出指令，并使其运行在相应的模式下，所有这一切将在500μm内完成。
实际上，对于用户来说，如果不是系统平台上加载的新图表，SpeedStep技术几乎是不可见的。但是在后台，SpeedStep技术的确担负起了在更高的运行速度和更长的电池使用时间之间寻求平衡的责任。为了使用户能够了解到当前的工作状态，Intel公司在系统平台中设置了旗状的图标来表明操作方式。在没有特别指定的情况下，除非使用电池供电，SpeedStep系统默认采用非省电工作模式。如果想要自定义设置，用户可以从Windows控制面板中的电源管理项目中实现这一功能。
如今，SpeedStep技术已经发展到了第二代，称为Enhanced Intel SpeedStep技术。新的技术又增加了自动模式、超强性能模式、电池优化性能模式等。
AMD PowerNow!技术
这种电源管理技术会按不同应用程序的需要，调高或调低处理器的电压和主频，使处理器更能切合实际应用的需要，从而延长笔记本电脑电池的使用时间，并延长电池的寿命。
AMD PowerNow!技术提供的工作模式有3种：自动模式(系统监察应用程序，并在需要时作出调整)、高效能模式(处理器以最高主频和电压运行)和省电模式(处理器以最低主频及电压运行，可延长电池的使用时间)。不过，工作模式的种类多少将取决于不同的笔记本电脑厂商的设计。
LongRun技术
LongRun技术是Transmeta公司研制出的电源管理技术，该技术的特点是耗电量少，提供给处理器的是刚好够用的电压。其原理是利用程序监察CPU是否闲置，如果处于闲置状态就将电压和主频降低，以满足不同的需要。
观点七：电源的节电设计是有极限的
单一的节电研发可以一蹴而就，但要达到全面节电就有相当的难度。首先，它需要研发者有相当的耐心和观察力，能够看到全部的能量空间；第二需要精到的模拟电路技术和知识，因为多数节能问题都涉及模拟电路知识；第三需要创意，简繁得当的系统结构与电路细节可同时实现更佳的成本效益与节电效果。节电技术似乎有一个上限，当所有静态功耗与浪费的动态功耗都节约下来，节省的空间就达到极限。