當今信息化發達的社會,不論是企業、廠商或消費者,對信息化、云端化、自動化、以及行動化的需求都日益增加,若要達成提升效能并滿足生活、營運、管理上的便利性,勢必要倚賴大量的電力來達成。但是能源有限,在全球電價持續飆高的情況之下,從總體持有成本的角度來看,各類電子、電器、電機設備在長期使用的過程中,其電力支出費用可能會是一筆不小的金額、高耗電產品的電費甚至數倍于產品購買成本以上。
此外,在安規與法規上也陸續增加,例如美國能源部(DOE)在2014年初發布了EISA 2007外部電源供應器(PSU)的效率標準修訂,將外部電源供應器的最低能效,要求從目前的Lot.4(等級4)提升到Lot.6(等級6),并擴大外部電源供應器的產品范圍,如低電壓的直流電和交流電輸出、多重輸出電源及電源輸出功率大于250瓦等新規范。
而計算機產業拯救氣候行動計畫(CSCI;現已并入The Green Grid綠色網格聯盟)也在各電源供應器的80 PLUS節能標準中,嚴格制定銅、銀、金、白金、鈦金各等級的效能要求,其中鈦金還規范到10%負載時,必須具備90%的電源轉換效能。由此可見,全球政府對能源標準與規范的要求日益嚴苛。
正因如此,在節能低碳的環保訴求下,系統功耗管理、電池充電速度、電池續航力、USB充電技術、或是全天候待機/系統待機的耗電量表現、甚至系統電路安全等電源技術課題,均是電機電子產業新顯學。
對于產品工程師而言,電源電力系統的開發與設計,不只是市場需求面的規格要求,更需符合各國政府所制定的規范標準,其所面對的設計要求與技術條件,勢必更加嚴苛。而對企業或用戶而言,在采購電子產品或電機設備的決策上,除了重點功能之外,系統的節能低耗表現,必然是評估關鍵之一。
所以,新世代電子產品的電源設計,不能再遵循以往恣意揮霍與浪費電源的設計方式;產品研發工程師們必須開始斤斤計較,設計出高功率、高能效的電源供應單元,進而開發出各式節能又高效率的電器、電子、家電、物聯網等應用產品。
在各大廠商爭相提出最新電源設計解決方案,以提升電源轉換效率之際,為協助硬件廠商掌握新一代智能行動與物聯網之電源設計新趨勢,群光電能科技(Chicony Power)、意法半導體(ST)、擎力科技(Sync Power Corp.)等電源解決方案大廠,以及大華科技大學(TUST)等產學界人士,來分享新一代電源設計的新理念、新趨勢、新功能,與如何設計應用這些新技術、新概念來設計出規格合用、實用且省電的節能環保產品,而不再是一味追求高規格、高性能但太過于耗電的產品,以搶搭未來智慧城市下的節能產品應用新趨勢,同時為節能環保盡一份心。
物聯趨勢下之電源管理技術發展
群光電能(Chicony Power)科技處長蔡憲逸先生,為物聯網趨勢的節電設計揭開序幕。說明當今互聯網的發展下,“人與人”(P2P)之間透過各3C設備來互相溝通的現象已經非常普遍。當推行到“人與物”(P2M)的語音、影像、命令等溝通,人們能透過行動或穿戴式裝置,來遙控家里的電器電子產品,或者進行遠程監控等用途。
最后到“物與物”(M2M)之間的溝通,則是將RFID卷標、智能卡、交通載具、感應器、攝影機、車用電子等全部串起來,做為信息的傳遞,未來更有可能進化到機器人對機器人的溝通。
而為迎接物聯網的應用,以及Smart everywhere(智能無所不在)的新時代,高能效率電源設計非常重要,他以各國安規與法規日趨嚴格,來介紹當今各種電源節電設計的技術。而電源供應產品,也將往更輕薄短小、高效率、低成本且具備物聯網的智能功能之趨勢發展。
意法半導體產品與解決方案:LED照明
ST(意法半導體)技術營銷經理蕭復元先生表示,LED照明的拓樸可分成四大區塊:(1)室內照明&聚光照明、(2)室內/戶外照明(15~100W)、(3)戶外照明/路燈(100~250W)、(4)特殊照明 (如車用照明)。在居家、商用、戶外、路燈、大區塊、緊急等6大照明類別中,效率、信賴性、體積小是3種驅動市場應用的關鍵因素。
由于低、中、高瓦數的LED照明,皆有不同的電源設計需求,因此ST推出針對不同照明產品應用的解決方案,具備高集成度、低零件數、高功因與低THD(總諧波失真率)等特性,適合類比或數碼電路,并提供多樣設計工具(如評估板)、開發套件、設計工作表和應用筆記,讓LED照明的電源設計更簡化、更輕松、更有效率。
效率轉換UP、節能再升級!
擎力(Sync Power)科技股份有限公司應用工程部經理楊大鴻先生,介紹同步整流技術CoC V5解決方案與應用。他表示當今法規日趨嚴格,以Code of Conduct(CoC)Version 5的一種歐盟自主性的電源規范中,就規范電源空載部分有Tier 2的最嚴格指標,而該公司自主開發的3顆電源IC芯片:SP6879(針對返馳式應用的QR準諧振PWM IC)、SP689(高壓啟動IC)、SP6018E(同步整流控制IC),可符合CoC V5的最嚴苛法規需求。
在各種電路的實作上,使用其3項產品組合,能夠協助工程師簡化線路,并通過安規標準,適合應用在當今各式PC/服務器/工業計算機、LED、打印機/游戲機等電源供應器、機頂盒/LED TV/屏幕/筆記本變壓器、智能型手機/平板/多孔USB充電器、DC/DC獨立模塊等產品。
三相交直流電源轉換器之拓樸分析與控制
大華科技大學電子電機工程系教授謝振中博士,講述三相交直流電源轉換器之拓樸分析與控制。說明與分析各式電源轉換器設計時的優點與缺點,例如雙級式、單相/三相、6/4/3開關、全橋式等降壓或升壓的電路設計等等。也提出自己較經濟作法,例如簡化開關設計、搭配較少的二極管元件,以節省成本。
另外在三相升壓轉換器中,則提出去除電流傳感器與支持非對稱電源輸入的新設計作法,透過各種數學分析的方法,導出各種狀態下的切換函式,便可繪制出系統框架圖,進而實作出真正的電源轉換器。