電源設計在系統(tǒng)整合與設計中，是不可或缺的一環(huán)，尤其是節(jié)能減碳意識高漲的現(xiàn)在，電子產(chǎn)品乃至大型基礎建設都必須跟節(jié)能劃上等號，以期能符合當?shù)厥袌龇ㄒ?guī)與消費者們的青睞，此次CTIMES所規(guī)劃的『電源管理技術研討會』，就是為了臺灣諸多不同應用領域的OEM與ODM業(yè)者所量身打造，希望能一次滿足各界工程師的在實務設計上的需求。

致茂：搞定LED電源 才能真正提高LED壽命

臺灣政府核定了「水銀路燈落日計畫」，使得臺灣將成為全球第一個全面淘汰 水銀路燈國家。據(jù)了解，這個「水銀路燈落日計畫」，中央政府預計在未來二年內(nèi)投入新臺幣54.9億元，協(xié)助各地方政府於105年底將所轄69.2萬盞水銀 路燈汰換為LED路燈，完成後將使臺灣成為全球第一個全面淘汰水銀路燈國家。

圖一 : 致茂電子專案主管翁睦盛指出，LED顯示幕故障率最高的元件就是LED電源，在所有故障元件中電源故障率高達70%。

此外，中國大陸也政策扶持推動LED產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展。中國大陸國家發(fā)改委等六部委聯(lián)合推出「半導體照明節(jié)能產(chǎn)業(yè)規(guī)劃」，進一步明確闡述“十二五”期間中國大陸 LED產(chǎn)業(yè)的發(fā)展目標、主要任務及扶持措施，並明確要促進LED照明節(jié)能產(chǎn)業(yè)年成長30%左右，2015年達到人民幣4,500億元，其中LED產(chǎn)業(yè)應用 產(chǎn)品能達到人民幣1,800億元。

根據(jù)LEDinside預估，2015年全球照明市場規(guī)模將達821億 美元，其中，LED照明市場規(guī)模將達到257億美元，使得LED照明的市場滲透率達到31%。僅是歐洲、中國與北美地區(qū)，加起來就已經(jīng)達到整體LED市場 的63%比重，如此大的規(guī)模，也難怪LED市場被公認大有可為，而吸引更多投資者搶進。

致茂電子電力電子 量測儀器產(chǎn)品部專案主管翁睦盛指出，目前在文獻上，要找到大量的LED燈具故障數(shù)據(jù)並不是一件容易的事，近年來比較大規(guī)模的數(shù)據(jù)，是在美國東部的賓夕法尼 亞州埃爾伍德市。埃爾伍德市從5400盞戶外LED路燈失效數(shù)據(jù)統(tǒng)計中得知，電源與控制驅(qū)動模組失效佔59%，散熱不良佔31%，LED元件不良約佔 10%。

據(jù)統(tǒng)計，目前LED顯示幕故障率最高的元件就是LED電源，在所有故障元件中電源故障率高達70%。對路燈來說，壽命和光衰減遠比節(jié)能更重要！而影響LED應用產(chǎn)品壽命的70%因素來自於LED電源，目前真正做到完美可靠的電源產(chǎn)品還不多。

翁睦盛說，LED電源種類按電流源分類有包括：交流電壓轉(zhuǎn)直流電流、直流電壓轉(zhuǎn)直流電流等兩種；按電壓源分類包括：交流電壓轉(zhuǎn)直流電壓、直流電壓轉(zhuǎn)直流電壓、交流電壓轉(zhuǎn)交流電壓等三種。因為LED需要定電流源，因此大部分的LED電源都是設計成交流電壓轉(zhuǎn)直流電流。

至於一個好的LED電源所需要進行的測試項目，包括：輸出端特性測試、輸入端特性測試、時序以及暫態(tài)特性測試、穩(wěn)定度測試、保護特性測試、測試項目等。

目前總公司位於林口的致茂電子，是以『Chroma』為品牌，致力於測試儀器的研發(fā)製造，以提供各類產(chǎn)品完整測試的解決方案，產(chǎn)品種類涵蓋從輸入端的功率 計、交流/直流電源，LED電源，到輸出端的直流電子負載等儀器。而包括LED驅(qū)動電源的自動測試系統(tǒng)、電器安規(guī)測試解決方案，與LED測試解決方案等， 也都是致茂目前在LED業(yè)界頗受好評的儀器方案。

TI：LED電源設計關鍵 讓整體架構更簡化

LED的電源設計十分複雜，需要考量的細節(jié)非常多，而依據(jù)不同的設計，所需要的元件也各不相同。然而對於擁有多種不同解決方案的德州儀器來說，卻不構成問題。因為晶片方案的多樣性，正可滿足各種不同的系統(tǒng)設計需求。

圖二 : 德州儀器應用工程師陳政志指出，LED電源系統(tǒng)的設計關鍵，就是要讓整體架構更簡化。

德州儀器市場行銷高效能類比產(chǎn)品應用工程師陳政志指出，通常LED的系統(tǒng)設計師，都會面臨好幾個重大的抉擇，這包括：輸入電源是AC、DC或者電池；輸入與 輸出電壓間的關聯(lián)；LED電流大小；以及是否採用隔離式電源元件等。此外，尚須考量還有是否有調(diào)光功能、是否有多通道、電磁兼容性與BOM表成本等。

目前德州儀器在照明的產(chǎn)品線方面，涵蓋的範圍包括一般照明燈泡、高瓦數(shù)嵌燈、以及車用照明等。例如450V的線性控制器，整合了乘法器、可調(diào)節(jié)相位調(diào)光器檢 測，以及類比調(diào)光輸入與驅(qū)動器電路保護功能等，可簡化高電壓LED燈串的電流調(diào)節(jié)，非常適用於採用離線AC或DC電源供電的嵌燈、燈具和燈泡的設計。

此外，TI WEBENCH LED Designer，可快速設定多達60個LED串聯(lián)或並聯(lián)的LED照明設計。只要按一下選取偏好的高亮度LED，並且將選擇的項目配合TI的LED驅(qū)動 器，即可建立穩(wěn)定電流的優(yōu)化電源供應電路，亦可使用Optimizer Dial撥入尺寸及效率需求，並比較和模擬動態(tài)條件下的電路行為，包括啟動、穩(wěn)定狀態(tài)、脈衝寬?度調(diào)節(jié)調(diào)光及線路暫態(tài)。

陳政志說，LED電源系統(tǒng)的設計關鍵，就是不只要讓整體架構更為簡化，還必須兼顧到成本與尺寸。而搭配德州儀器的控制器，這些困擾工程師的問題都可以迎刃而解。

德國萊因：綠色產(chǎn)品意味著更多訂單機會

透過電源設計，最終的目的當然是要降低環(huán)境衝擊，並提升競爭優(yōu)勢。目前各 國對於產(chǎn)品有關的生態(tài)設計所採取的法律與執(zhí)行措施不同，無非是省電（ErP、AU MEPS、CEC、Energy Star）、無毒（RoHS、REACH、PAH）、可回收（WEEE）等。當產(chǎn)品符合環(huán)保指令與標準的同時，除了降低貿(mào)易的障礙、環(huán)境的衝擊，更可以同 時提升產(chǎn)品的優(yōu)勢與品牌形象。

圖三 : 德國萊因電源產(chǎn)品服務部門資深經(jīng)理陳永順指出，綠色產(chǎn)品的優(yōu)勢在於『將可獲取更多的訂單』。

德國萊因電源產(chǎn)品服務部門資深經(jīng)理陳永順指出，綠色產(chǎn)品的優(yōu)勢在於『將可獲取更多的訂單』。觀察歐盟於2008年起積極倡導綠色公共採購（Green Public Procurement；GPP），即在為滿足政府採購需要的同時，亦可兼顧員工健康、社會福利與環(huán)境保護。如產(chǎn)品或服務取得歐盟境內(nèi)生態(tài)標章（Eco- Label）或能源之星（Energy-Star）等相關環(huán)境標章或認證，就可直接視為符合採購的綠色要求，毋須提出額外的測試報告或技術文件。

而在2011年，美國環(huán)境保護署（EPA）、聯(lián)邦總務署（GSA）及其他聯(lián)邦組織也合作研擬了綠色採購標準。2013年，美國環(huán)保署便發(fā)布聯(lián)邦採購之自願性 產(chǎn)品環(huán)境績效標準及生態(tài)標籤之指南草案。這些標準彼此間結(jié)成了緊密的生態(tài)鏈，環(huán)環(huán)相扣，也因此，能夠順利通過這些標準的認證，也成為相關廠商推出產(chǎn)品的當務之急。

目前全球買家和貿(mào)易商對綠色產(chǎn)品的關注度越來越高，尤其針對資訊科技設備、影音設備、可攜式鋰電池、再生材料所含物質(zhì)、非有毒有害物質(zhì)以及產(chǎn)品能效，均為影響消費者作出選擇的重要因素，也顯示了品牌對環(huán)境和社會的承諾，為品牌增加附加價值，體現(xiàn)了企業(yè)良好的社會責任意識。

陳永順說，放眼未來，美國能源局已經(jīng)擴大目前外接電源供應器（EPSs）的最低能效要求範圍，能效等級將從等級4一舉提升到等級6，將超越現(xiàn)今CE最高要求 等級5。而歐盟也將提高現(xiàn)行能源效率要求，往歐盟外部電源供應器行為準則（CoC）靠攏，也將擴大管制範圍至High Power EPS、多電壓輸出裝置、低電壓無線充電器等，並將10%額定負載試驗條件納入主動模式平均效率基準。

Silicon Labs：數(shù)位隔離提供高效率 光電耦合器掰掰！

傳統(tǒng)的LED設計多半採用光電耦合元件，這種光電耦合元件是以光作為媒介，來傳輸電信號的一組裝置，其功能是平時維持電信號輸入、輸出間有良好的隔離作用，需要時可以使電信號通過隔離層來進行傳送。

圖四 : Silicon Labs資深應用經(jīng)理劉斐中指出， CMOS隔離元件成本更低、尺寸更小、性能更好、功耗更低，而且隔離電路更可靠。

只不過，比起光電耦合器，另一種數(shù)位隔離元件擁有更好的效率。Silicon Labs芯科實驗室（茂宣企業(yè)）資深應用經(jīng)理劉斐中指出，以Silicon Labs的CMOS隔離元件來看，其產(chǎn)品成本更低、尺寸更小、性能更好、功耗更低，而且隔離電路更可靠。與光電耦合器不同的是，CMOS隔離元件不具有光 電耦合器中的內(nèi)在磨損機制，在超過-40℃至+125℃溫度範圍的工作環(huán)境下，仍然可以保持參數(shù)穩(wěn)定。

Silicon Labs隔離產(chǎn)品具有高度可靠性，還可比整體系統(tǒng)的壽命期長。光電耦合器由於其固有的磨損機制，因此很難具備高可靠性。例如Si87xx隔離器就提供了比 傳統(tǒng)光電耦合器更佳的可靠性優(yōu)勢，這系列隔離器可耐受溫度、老化和正向電流效應，並且提供低十倍的FIT率，來實現(xiàn)更長的使用壽命，整體效率還可超過 90%。

劉斐中說，Silicon Labs的隔離產(chǎn)品幾乎沒有EMI，並且對外部電磁場抵抗性很好。Silicon Labs的數(shù)位隔離器可提供安全的隔離、電平位移和地面雜訊減少，同時可使用小封裝系統(tǒng)。此外，還支援使用各種各樣的客戶自助工具進行隔離，包括視頻、應 用說明、參考設計線上設計工具，以及工廠和現(xiàn)場應用工程師的專家技術諮詢。目前這些隔離產(chǎn)品已經(jīng)廣泛被客戶和其應用所採用，包括工業(yè)自動化、交通系統(tǒng)、家 庭娛樂電子產(chǎn)品、醫(yī)療系統(tǒng)等。

ROHM：USB PD產(chǎn)品問世 一統(tǒng)充電標準

隨著現(xiàn)今電子裝置越來越多元化，各個裝置充電接口也各不相同，造成消費者每更換設備，專屬充電器也必須隨之淘汰，不僅使用不便，也造成日益增加的電子垃圾及環(huán)境問題。

圖五 : ROHM半導體設計中心主席工程師吳建霖表示，USB PD能將電源及訊號整合至同一條線內(nèi)。

為了解決此問題，中國自2007年就已將micro USB列為手機的充電標準，歐盟則自2017年開始，立法以micro USB作為手機的統(tǒng)一充電標準，在歐盟如此強勢的要求下，蘋果也不得不加入USB協(xié)會，並針對歐洲市場，將其產(chǎn)品充電配件改為micro USB。

而為了更進一步提高充電標準的整合度，USB-IF協(xié)會力推USB Power Delivery(PD)標準，讓多數(shù)的電子裝置如手機、平板電腦、筆電、桌電、顯示器等都能以USB線同時傳輸資料及充電／供電。

目 前，在USB充電標準中，USB 2.0可支援5V, 500mA，USB 3.0則更進一步，提供5V, 900mA，儘管到到後來的Battery Charging提供5V, 1.5A，然而對於電池容量較大的智慧手機而言，充電仍然耗時，且也難以供電於筆電或甚至較大尺寸的平板電腦。因此為了擴大USB市場範圍，USB-IF 成立了Power Delivery的團隊，並發(fā)布了相關標準，提供更為彈性的充電／供電方式。

在CTIMES主辦的電源管理技術研討會中，ROHM半導體設計中心主席工程師吳建霖表示，USB PD不僅能夠支援100瓦數(shù)以內(nèi)，5V、12V、20V不同電壓的裝置，且將電源及訊號整合至同一條線內(nèi)。

以 PC及顯示器為例，過去兩個裝置除了各自需要電源線之外，還需要額外的線來連結(jié)兩邊的訊號，而在PD的標準之下，只需要一條USB PD即能同時做到訊號傳輸與電源供應，除了減少電源線的配置，不同的裝置也能相互供電。吳建霖指出，採用USB PD的裝置最快將在2015年上半年問世，而下半年也將有少數(shù)高階機種上市。不過事實上，PD的概念怎在多年前已經(jīng)提出，要達到市場普及階段仍需一段時 程，吳建霖表示，直至2015年才陸續(xù)有少數(shù)產(chǎn)品推出，而2016預計將推廣至周邊產(chǎn)品，2017年開始有家電產(chǎn)品、監(jiān)視器等裝置採用PD標準，2018 年市場延伸至車用，而2019年則會推廣至建築內(nèi)，如插座也可相容於PD。

唐和：良好電源管理 全面提升產(chǎn)品效能

隨著現(xiàn)今節(jié)能減碳的意識越來越高漲，從電子產(chǎn)品到大型基礎建設都必須跟節(jié) 能劃上等號，以符合當?shù)厥袌龇ㄒ?guī)與消費者們的青睞。為此，電源管理在系統(tǒng)整合與設計時，成為不可或缺的一環(huán)。而如何做好電源品質(zhì)的管理，以提高產(chǎn)品使用壽 命成為當前設計的重要課題，因此透過電力計量測電源品質(zhì)也是相當重要的議題。

圖六 : 唐和業(yè)務專員梁柏豪表示，提升電源品質(zhì)，能夠有效的節(jié)能、增加產(chǎn)品壽命。

電源管理一般來說，是指涉及電路板供電方面的相關問題，近年來產(chǎn)品的研發(fā)大多在於低電壓、低耗電量、高效率等取向，藉此提升產(chǎn)品的效能及使用壽命，必須在系 統(tǒng)設計時，做好電源品質(zhì)的管理。

唐和業(yè)務專員梁柏豪表示，提升電源品質(zhì)，能夠有效的節(jié)能、增加產(chǎn)品壽命，除此之外如日本因應福島核災後，開始有個體戶利用這家屋頂進行太陽能發(fā)電，在將電力賣給東京電力公司，在此種情況下，也必須經(jīng)過認證儀器進行校驗，確保電力品質(zhì)良好。

而隨著不同的產(chǎn)品可能採用不同頻率，因此也需要針對頻率選擇適合的電力計，例如馬達、LED、家電產(chǎn)品等因各自不同的電源特性，因此所適用的機種也各不相 同，梁柏豪指出，其產(chǎn)品目前分為三大類，其一是高精度機種，適用於馬達、變頻器、LED等高頻率、高功率的產(chǎn)品，其二為低功率機種，適合如家電、轉(zhuǎn)接器或 部分LED等待機小功率的產(chǎn)品採用，而簡易的節(jié)電設備則適用於廠務、配電盤等

其中，相較於過去電壓量測採用接觸方式，在安全性上較低，梁柏豪表示，其簡易節(jié)電設備是透過感測洩漏電流的方式來進行量測，以非接觸的方式檢測，不僅設置簡 單，同時也提高安全性，在不能停電的場合也能夠安全測量。此外，此節(jié)電設備設置簡單，並能夠從測試線上就可測量電壓、電流、電力，因此使用上更為便利。