解析待机节能芯片如何解决工频电源适配器的能耗问题

据统计，2001年在用的外部电源适配器为100亿只，到2006年已达到了150亿只，按开关电源与工频电源6:4的比例，正在使用的工频电源适配器为60亿只，并且每年大约按12%的速率增加。中国是全球最大的工频电源适配器生产地。2001年，中国电源适配器的总产量约为4亿只，销售额为7.32亿美元。预计2006年，仅中国的工频电源适配器的日产量约为160万只(一年按10个月生产期，每月25天计算)，占全球总产量的65%。

总的来看，对于中国的家电出口厂商来说，所面临的主要挑战至少包括以下几个方面：

1. 国际对环保节能意识越发强烈；

2. 工频变压器属于传统的劳动密集型产业，在技术本身上几乎没有发展的空间；

3. 美国、欧盟以及世界各国对待机能耗的要求越来越高，并且立法执行；

4. 待机节能问题必须寻找新的出路；

5. 成本和性能的双重压力要求芯片设计者，必须提供全面有效的技术支持。

如何应对上述挑战是目前所有的外部电源适配器以及家电配件采购商都需要严肃考虑的问题。下面我们将具体的讨论JAYTREE待机节能芯片NA22150P是如何解决待机能耗问题并迎接上述挑战的。

待机节能芯片NA22150P功能概述

待机节能芯片NA22150P是深圳光华源科技有限公司最新推出的用于外部电源适配器从而使外部工频电源适配器达到超低待机能耗(≤0.1W)的一款芯片(如图1所示)。

图1：超低待机能耗技术方框简图。

工作电源形成 它是指为控制电路提供工作电压，采用恒流源的形式(例如镜像三极管有源元件组成)，在冷端加一稳压管组成，典型的应用如在开关电源电路中的安森美芯片中就是采用这种方法，VCC形成是直挂高压形式(NCP1012等)。镜像恒流源电路如图2所示。

图2：镜像恒流源电路。

自同步开关 我们知道所谓同步，即要达到过零触发的目的，使外加电压过零点和BCR(目前功率开关仍以它为主)的触发信号一致，避免在非零态时对器件本身和负载及电源的冲击，这个大家是非常清楚的。

在此我们提出一个第一个周波就同步的概念：一般自同步器件(如光耦可控硅MOC3020)，进行微观分析，它的第一个周波是不同步的，而我们做到了第一个周波就同步，使得可靠性提高。简单地说，不管什么时间施加触发信号(可以是直流)，BCR都在过零点才开通(图3)。

图3：MOC3020结构电路图。

微电流检测 微电流检测是关键技术，采用霍尔器件，放于一个开口环中，其中的原理是一目了然的，如图4所示。

图4：微电流检测示意图。

弱信号调理电路 这部分电路也是此技术的又一个关键点，我们直接采用高灵敏度的比较器来处理，主要是基于成本和空间考虑。

高压隔离传输 有磁、光到电二种形式，我们考虑要过4,000V高电压隔离，采用光→电的模式和我们的自同步电路组成，一个恰好的搭配(图5)。

图5：一种产品结构形式的使用方法与接线方式图。

它的安装工艺很简单，在不改变原工频电源适配器的生产工艺及过程下，例如采用普通的硅钢片材料(例如H50型号)组成的工频电源适配器，只要简单地将专用集成电路(ASIC)串进回路即可。如图6所示。

图6：接线方式结构图(AC/AC、AC/DC均可使用)。

全面方案及主要应用

能源之星的全面标准为二个基本点：“空载能耗“与“负载能效”。前面已经解决了低功耗待机问题，解决负载能效的方法如下：采用高导磁的硅钢片；减少铜线的电流密度；选择最佳的每伏匝数；对于AC/DC而言，选用肖特基二极管替代压降大的普通硅二极管；工艺方面，选择大的PCB铜铂面积、导线截面积加粗等。

在应用领域方面，首要，工频电源适配器。

其次，是机械式电度表节能。机械式电度表的计量主要由一个电压元件和一个电流元件组成，应用该项技术可以在电度表不计量时把电压元件(电压线圈)从电源中断开，从来达到节能的目的。一旦有电流流过电流元件(电流线圈)时自动接通。

第三，节能插座。目前，同类的技术暂时还没有先例。类似的技术，运用在插座里面以达到待机节能的效果，这类产品，其外形像一个电源转换器，插在电源插座和家电插头之间，它能自动检测家用电器的待机信号，切断电源，同时也可接受遥控开机信号，接通电源，当各类带有红外线遥控器控制的家用电器开启后停用时，不必拔下家用电器插头，最高的技术可以控制到0.5W，但是这类技术的成本比较高，并且适用范围也不大，因此不易推广。

这项技术对于中国的出口也是一项促进，因为待机能耗问题的影响，电器的出口成为了一个“绿色壁垒”，而一旦有了这样的一项技术，可以去支持的话，这将成为了“绿色杠杆”。但是，从厂商本身考虑，多数人只考虑销售前的问题，而后对产品的使用，耗能问题目前重视的程度还不够，要与工频适配器串联使用，必定在成本上有所增加。因此，我们现阶段主要是针对一些高指标的电器产品，尤其是出口到欧美等发达国家的电器产品，为它们提供这样技术支持。

经过实验，对于3~150W，能源之星所要求的功率段均可以达到它的能效要求，我们已经有了全面解决方案与技术支持。信息产业部电子第五研究所质量检测中心——中国赛宝(总部)实验室的检验结果是0.09W。略有遗憾的是目前只能做高压交流输入，不能应用在直流输入中，低压大电流目前也不是非常的适合。不过，我们会进一步研发设计更加完美的解决方案。

作者：何曙光

总经理

深圳光华源科技有限公司