如何充分利用家中的电能

一些机构正在开展一些新的研究项目，其中Berkeley国家实验室对加州的13个新建尚未入住的住宅中的电器设备进行了研究。

在建筑物内安装的所有家用电器都装上了测量仪器，测试它们在运转和待机模式下的功耗。结果表明，这些未入住的住宅平均每年消耗800kWh的电能，其中有一半是在低功率的待机模式下消耗的。440kWh的耗电量可以换算成50W的持续待机功率，这可是还没有住人的房子。有些设备的功耗比预计的待机功耗要大，如燃气壁炉的功耗是5W，车库门开启装置的功耗是5.4W，监控摄像机和宽带路由器的电源功耗是20W。

由于消费类电子产品的快速发展，可以肯定的是，住户还需要更多的其他家电设备，例如家庭娱乐设备、有线和无线网络设备，这些设备在待机模式下的功耗可能与上面提到的设备功耗不相上下。

在新技术和政府法规如何互相促进方面，数字电视适配器是很有说服力的成功案例。预计到2009年2月，在全美的家庭中将有近3000万部数字电视适配器，这些适配器既没有接电缆也没有接卫星电视。目前，能源之星计划正在制定标准，要求在睡眠模式下的最大功耗为1W，并且如果在几小时内还不工作，就强制性地自动关机。

外置电源转换模块

公众对全球变暖的了解不断增加，世界各地的立法机构也在不断颁布更加严格的节能标准，并且各国各地区的不同标准也在趋于统一。

最明显的例子是，包括欧盟、中国的CECP、澳大利亚温室办公室、韩国的KEMCO都准备采纳美国能源之星和加州能源法案（CEC）类似的标准。最近，有些机构已不再只是敦促厂商自愿采纳标准，转而要求厂商必须遵守这些强制性标准了。在美国，很多州直接采纳了CEC的标准，并作为强制性的要求。

外置电源标准显示了一个重要的立法趋势。除了要求低功率适配器在无负载情况下的功耗要小于0.5W，还要求在很宽的负载范围内，效率都要达到一个最低值，如表1所示。

不增加成本或用低成本实现高效率

由于法律法规不断增加，就要求设计师能够满足这些严格的要求。要把效率提得那么高，的确是一个挑战，但好消息是，芯片技术的进步使得电源能够在一定的功率范围内，一直保持很高的效率，待机功耗也极低，而且不需要额外的成本。

以前，很多内置和外置电源制造商都采用线性变压器和稳压器。这种传统方法很少能达到50%的效率，在无负载的时候会浪费很多能源。随着近年来铜材价格的上涨，这种线性电源的成本优势已经消失了，所以几乎所有的新型电源都采用了开关电源技术。

Power Integrations公司在1998年推出了名为EcoSmart的高能源效率的电源技术，可以在待机和无负载情况下实现很高的效率，而且还减少了外部器件的数量，降低了系统成本，提高了可靠性。采用类似EcoSmart技术的IC都有检测低功耗状态的电路，采用一个或更多的步骤来改善效率。一是降低占空比，限制向负载输出的功率，吸收更少的输入电流。二是采取周期跳越，在等待设备唤醒时，只在一个很短的时间内消耗能量。这样就可以有效地降低平均工作频率，减少开关损耗并提高效率。

采用这种功率转换芯片的典型应用电路如图1所示，该电路采用了TinySwitch III稳压芯片、偏压线圈，只需3个外部器件，将待机功耗从300mW降至30mW，增加的器件成本只有0.01美元，而每年节省的能源价值 0.27美元。图2显示，在整个功率范围内，该设计都保持了相当高的效率，符合目前的发展趋势。

图1 采用偏压线圈的电源设计

图2 电源的效率曲线

有人设想，未来只用一块太阳能电池板就可以满足整个住宅的能源需求。虽然人们在智能住宅的设计上已经取得了巨大进步，但由于房门开启器、安全摄像机，以及其他附属设备对电能需求的不断增加，要达到上面这个目标显然还有很长的路要走。现在，电子设备设计师必须使用高效率的开关电源，用开关电源取代浪费能源的线性电源，并且满足旨在提高能源效率的新法规的要求。