若不拔出插頭，當(dāng)前的多數(shù)電子應(yīng)用和電器均無(wú)法完全關(guān)閉。這些應(yīng)用整天耗能，甚至在其未運(yùn)行主要功能時(shí)也是如此。這些功率是由運(yùn)轉(zhuǎn)電路供電和需接收遠(yuǎn)端信號(hào)、軟鍵盤(pán)、開(kāi)關(guān)和顯示器（包括多種LED狀態(tài)燈（使用者觸發(fā)））的感測(cè)器消耗。人們將這種耗能稱(chēng)為「待機(jī)功耗」。例如:一臺(tái)32英寸的LED電視機(jī)，在正常使用時(shí)消耗功率為50W，但關(guān)閉後，其通過(guò)遠(yuǎn)端和插在電源上的插座仍可耗能1W。想像一下，數(shù)百萬(wàn)臺(tái)電視機(jī)待機(jī)一個(gè)月！常用家用電器消耗的待機(jī)功率約為0.5–5W，但一個(gè)住宅或辦公室裡有許多電器，所有電器加起來(lái)會(huì)造成大量電力浪費(fèi)。據(jù)估計(jì)，待機(jī)功耗產(chǎn)生的CO2排放量占全球總量的1%。因此，降低與待機(jī)功耗有關(guān)的不必要能耗有助於節(jié)約大量功率並降低全球變暖的風(fēng)險(xiǎn)。

各種工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中提出了什麼關(guān)於待機(jī)消耗的要求？

多個(gè)將降低待機(jī)能耗作為共同目標(biāo)的機(jī)構(gòu)遵守不同的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。

IEC 62301：

IEC 62301規(guī)定了測(cè)量「能源標(biāo)識(shí)」上待機(jī)模式消耗電能的方法。該方法適用於總體或部分額定功率介於100V到250V單相產(chǎn)品交流電的電器產(chǎn)品。IEC 62301第4.5條指出，在待機(jī)模式期間，電器消耗少於5mW的供電可向下取整舍為0，或視為「零待機(jī)」功耗。

能源之星：

能源之星是源於美國(guó)的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，適用於節(jié)能消費(fèi)品。環(huán)境保護(hù)署和能源部在1992年創(chuàng)立了該項(xiàng)目。此後許多國(guó)家均採(cǎi)用該項(xiàng)目。符合能源之星要求的電子產(chǎn)品待機(jī)消耗不得高於1瓦特。

能源效率局：

能源效率局是印度的一個(gè)政府機(jī)構(gòu)，隸屬於2002年3月創(chuàng)建的能源部管轄，遵守2001年國(guó)家能源節(jié)約法案的規(guī)定。BEE對(duì)不同的應(yīng)用制定了不同的額定功率，符合BEE標(biāo)準(zhǔn)的電子產(chǎn)品必須遵守IEC 62301第3.6條的規(guī)定。例如，帶有LED背光燈的電視待機(jī)功耗應(yīng)低於0.6W。

藍(lán)天使：

藍(lán)天使（Der Blaue Engel）是德國(guó)一項(xiàng)針對(duì)環(huán)境友好產(chǎn)品和服務(wù)的認(rèn)證。符合藍(lán)天使要求的電子產(chǎn)品在待機(jī)模式下消耗的功率必須少於1瓦特。

用於降低待機(jī)功耗和電器產(chǎn)品總能耗的策略如下：

**高效供電—設(shè)計(jì)者通過(guò)開(kāi)發(fā)新技術(shù)、高級(jí)元件並微調(diào)配置，讓供電效率更高。

**將智慧性擴(kuò)展至電器設(shè)備和應(yīng)用：

**製造用於集成電子設(shè)備的感測(cè)器與執(zhí)行器，從而進(jìn)行自主分析和決策。

**製造能與使用無(wú)線協(xié)定（例如藍(lán)牙、Wi-Fi和4G等）的網(wǎng)路連接的電子設(shè)備，從而更好的進(jìn)行控制和監(jiān)測(cè)。

**減少閒置時(shí)間—電腦和視頻遊戲機(jī)等多種應(yīng)用均帶有能設(shè)置休眠模式電源中斷時(shí)間間隔的選項(xiàng)。

**更新半導(dǎo)體製程—半導(dǎo)體公司正在開(kāi)發(fā)更新的製程，以滿足嚴(yán)格的節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)，鍛造低功率模式。

電器應(yīng)用的通用方塊圖：

如果我們觀察下方圖1，會(huì)發(fā)現(xiàn)用紅色虛線框包圍強(qiáng)調(diào)的方塊應(yīng)處?kù)稄?qiáng)制活躍狀態(tài)。這是為了確保應(yīng)用在任何情況下都不會(huì)錯(cuò)過(guò)使用者回應(yīng)和命令。應(yīng)用的總功耗應(yīng)為實(shí)際負(fù)載加上這種活躍階段產(chǎn)生的功耗。現(xiàn)代應(yīng)用的常規(guī)技術(shù)是在不使用時(shí)僅保持該階段活躍，並關(guān)閉消耗電力的方塊。這意味著待機(jī)消耗完全取決於紅色虛線內(nèi)部的方塊，如，備用電源和使用者介面。

因此，如果我們的設(shè)計(jì)能使該階段的功耗降至最低，那麼就能輕易滿足任何地域的待機(jī)功耗要求。下方示例解釋了一個(gè)待機(jī)功耗低於50mW的系統(tǒng)。

圖1 : 電器應(yīng)用的通用方塊圖

示例系統(tǒng)實(shí)施：

人們已開(kāi)發(fā)該系統(tǒng)，用於評(píng)估VIPer0P設(shè)備的特殊性質(zhì)，例如零功率模式（ZPM）。其主要組件如下：

**VIPer0P—零功率離線高壓整流器，

**STM32L052K6—超低功率ARM Cortex-M0+微控制器

如圖2所示，VIPer0P是意法半導(dǎo)體所製造的一種標(biāo)準(zhǔn)固定頻率單片反激整流器，其可處理功率達(dá)到7W，但為實(shí)現(xiàn)待機(jī)模式下的零功率，該裝置增加了一些其他階段。零功率模式（ZPM）性質(zhì)能確保VIPer0P在閒置狀態(tài)下工作，此時(shí)系統(tǒng)處?kù)锻耆P(guān)閉狀態(tài)，沒(méi)有開(kāi)啟活動(dòng)。

圖2 : VIPer0P方塊圖

如圖4和圖6所示，在標(biāo)準(zhǔn)操作狀態(tài)下，該系統(tǒng)相當(dāng)於一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)反激整流器。主負(fù)載和備用階段均由主輸出供應(yīng)。微控制器對(duì)特定使用者命令解碼後，該系統(tǒng)會(huì)立刻進(jìn)入零功率模式。在零功率模式下，系統(tǒng)中沒(méi)有開(kāi)機(jī)活動(dòng)。因此輸出中沒(méi)有可用電壓。在這種特殊情況下，微控制器仍保持開(kāi)啟，在大型應(yīng)用中其還可用於關(guān)閉主負(fù)載。如圖2所示，保持活躍的VIPer0P關(guān)鍵方塊是「零功率邏輯」方塊和4V穩(wěn)壓器。4V線性穩(wěn)壓器由Vcc供電，提供操作並保持「零功率邏輯」方塊活躍所需的幾微安。如上所述，開(kāi)啟和關(guān)閉針腳通過(guò)50k?的上拉電阻，在內(nèi)部與該4V供電線相連，因此任意一個(gè)針腳均可用於為某些外部電路（例如微控制器）少量電流。

由於VIPer0P能耗極低，且可在輕載情況下在脈衝頻率調(diào)製檔上運(yùn)行，因此其能滿足多數(shù)嚴(yán)格的節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)如圖3所示，VIPer0P可在不同模式之間切換。

圖3 : VIPer0P—在不同模式之間切換

圖4和圖6展示了VIPer0P IC開(kāi)啟和關(guān)閉針腳供電的微控制器用於智慧零功率模式管理的情況。VIPer0P支持反激、降壓和降壓-升壓整流器設(shè)計(jì)。如圖3所示，微控制器管理應(yīng)用運(yùn)行，通過(guò)拉低關(guān)閉針腳關(guān)閉SMPS，並通過(guò)拉低開(kāi)啟針腳喚醒SMPS。按鈕或觸摸開(kāi)關(guān)或電容觸控的狀態(tài)由微控制器的其他CPIO針腳進(jìn)行傳感。由於零功率狀態(tài)下的微控制器需要供電，因此其必須帶有電源管理的高級(jí)性質(zhì)，例如意法半導(dǎo)體生產(chǎn)的STM32L0xx系列微控制器具有快速喚醒的超低功耗待機(jī)模式。

圖4 : 基於非隔離式反激拓?fù)涞牧愦龣C(jī)功率結(jié)構(gòu)

基於VIPer0P和STM32L052K6，該公司已開(kāi)發(fā)出一種用於家電的7W雙輸出（+7V和-5V）離線反激整流器。該系統(tǒng)配備按鈕和電容觸控感測(cè)使用者介面，可演示VIPer0P的零功率模式。

評(píng)估板待機(jī)功耗：

**低於20mW（輸入—115V交流電）

**低於50mW（輸入—230V交流電）

圖5 : 基於VIPer0P和STM32L052K6的評(píng)估板

圖4所示為非隔離反激拓樸配置，可用於具有使用者觸發(fā)工作迴圈和自動(dòng)終止功能的應(yīng)用。如圖6所示，有很多應(yīng)用可通過(guò)用戶使用RF或IR遠(yuǎn)端控制開(kāi)啟或關(guān)閉（例如空調(diào)、電視機(jī)設(shè)置、Hi-Fi和家庭影院系統(tǒng)），反激拓樸也可用於處理此類(lèi)應(yīng)用。

圖6 : 基於RF或IR遠(yuǎn)端控制應(yīng)用隔離反激的零待機(jī)功率

結(jié)論

隨著VIPer0P智慧性的增加，零待機(jī)功耗的目標(biāo)（根據(jù)IEC62301第4.5條）似乎在多數(shù)應(yīng)用中可輕易達(dá)到。這種智慧節(jié)能不僅減少了電費(fèi)，還降低了溫室氣體排放。

圖7

(本文作者Akshat Jain、Ranajay Mallik任職於意法半導(dǎo)體印度AMG中心實(shí)驗(yàn)室)