正當(dāng)您以為把握住了外部電源能效標準時，另一套能效標準又橫空出世。 昨天的標準已然不再足夠好，制造商們不能就此自滿。

滿足能效標準并不是一次性可以解決的。 出于履行旨在緩解氣候變化的全球協(xié)議需要，各國政府出臺了眾多法規(guī)，逐步提升外部電源等產(chǎn)品的最低能效要求。 設(shè)備制造商有責(zé)任不僅達到這些標準，還要保持競爭優(yōu)勢，尤其是當(dāng)他們希望確保其產(chǎn)品覆蓋盡可能廣泛的市場時。

目前最苛刻的強制性要求是美國能源部 (DoE) 規(guī)定的 VI 級標準，該標準自 2016 年 2 月起生效，適用于供應(yīng)到美國國內(nèi)市場的產(chǎn)品。 而且，目前歐盟“行為準則”要求將作為新的標準，在未來兩年內(nèi)成為歐盟的強制性生態(tài)設(shè)計規(guī)則。 初始部分與 VI 級標準大體一致，但下一級設(shè)定了更嚴格的目標。

包括外部電源在內(nèi)的設(shè)備制造商通常希望能夠靈活地向全球市場供應(yīng)其產(chǎn)品，而不必擔(dān)心運往美國、歐洲或其他國家的貨物是否符合這些國家的相關(guān)法規(guī)。 因此，領(lǐng)先的外部電源制造商致力于確保其產(chǎn)品在強制性合規(guī)要求截止日期之前就達到即將生效的新標準。

監(jiān)管的必要性

加州大學(xué)伯克利分校實驗室在 1998 年進行的一項研究估計，美國居民用電消耗中多達 5% 是由于家用電器待機產(chǎn)生的。 這大約相當(dāng)于每年超過 30 億美元的能源成本。 按照美國能源部 2004 年報告的 12.9 億兆瓦時 (MWh) 居民用電消耗，這一百分比的能源浪費總量達到 6400 萬兆瓦時，相當(dāng)于 18 座典型發(fā)電廠的產(chǎn)量，這一數(shù)據(jù)實在是太驚人。

早期提高家用電器能效的倡議是自愿性的，包括最初針對 IT 行業(yè)的“能源之星”計劃，但隨后包含了消費產(chǎn)品和更廣泛的商業(yè)市場。 盡管如此，直到 2004 年加利福尼亞州能源委員會才通過了首個實施能效標準的法規(guī)。 不久以后，在美國、歐洲以及世界其他地區(qū)紛紛仿效出臺了同等的標準，如圖 1 時間線圖所示，其中還展示了為使法規(guī)與識別電源能效水平的國際標識協(xié)議相一致而所做的努力。

圖 1：從 2004 到最新的 2016 美國 DoE VI 級法規(guī)以及即將實施的歐盟 CoC 和生態(tài)設(shè)計要求的能效標準演變。 

外部電源 (EPS) 在 20 世紀 90 年代初估計有超過 10 億個，其能效低至 50％，因浪費能源而臭名昭著，這主要是由于當(dāng)時采用的是線性技術(shù)。 更糟的是，當(dāng)終端設(shè)備關(guān)閉或斷開連接時，它們還會繼續(xù)消耗功率。 外部電源的增加消耗預(yù)計要占到總能量消耗的 30%，且有增無減。 因此，之后立法的很多重點放在了空載功耗和美國政府 2007 年實施的旨在避免大約 2 億公噸二氧化碳排放（相當(dāng)于近 4000 萬輛汽車的溫室氣體排放量）的標準之上。

現(xiàn)今的監(jiān)管狀態(tài)

原始設(shè)備制造商 (OEM) 面臨的挑戰(zhàn)是跟上不斷演變的能效規(guī)則的步伐，并理解其中哪些為特定地區(qū)的強制性法律規(guī)定。 目前加拿大強制執(zhí)行 IV 級標準，在澳大利亞這仍舊是自愿性的。 歐盟要求更苛刻的 V 級標準，而在美國自 2016 年 2 月開始法律要求為 VI 級。 通常，對于希望服務(wù)于全球市場的 OEM，避免多個產(chǎn)品變型、庫存和物流問題復(fù)雜性的最佳策略是確保其產(chǎn)品符合最新、最嚴格的標準。 目前，就強制性合規(guī)要求而言，意味著必須達到 VI 級標準，然而如下一部分所述，更嚴格的規(guī)則即將發(fā)布。

正如人們所預(yù)料的，與 IV 級和 V 級相比，VI 級對 EPS 必須實現(xiàn)的平均能效和空載功耗實施了更為嚴格的限制。 因此，舉例來說，額定功率輸出在 49 W 到 250 W 之間的電源現(xiàn)在能效需要相應(yīng)從 85% 和 87% 提高至高于 88%，在空載條件下的功耗需要相應(yīng)從 750 mW 和 500 mW 降低至低于 210 mW。 這些要求詳見下表（圖 2）。

而且，VI 級規(guī)范現(xiàn)在覆蓋 AC-AC 電源，包括更高功率的 AC-DC 轉(zhuǎn)換器類別 (>250 W)，并區(qū)分出 1 W 及以下的電源。 此外，還加入了現(xiàn)在分類為基本電壓電源和低壓電源（銘牌輸出電壓低于 6 V 且輸出電流 ≥550 mA 的電源）之間的區(qū)分。 并且，首次在 DoE 標準中對多路輸出電源進行了規(guī)定。 其對直接和非直接操作之間也進行了區(qū)分，因此在該法規(guī)中僅包括無需電池輔助在最終產(chǎn)品中工作的直接操作電源，而被定義為非電池充電器電源、在沒有電池輔助情況下無法工作的非直接操作 EPS，仍受先前的 EISA2007 能效法規(guī)的約束。

單電壓外部 AC-DC 電源，基本電壓 單電壓外部 AC-DC 電源，低電壓 單電壓外部 AC-AC 電源，基本電壓 單電壓外部 AC-AC 電源，低電壓 多電壓外部電源

銘牌輸出功率 (Pout)	有源模式下的最低平均能效 （以小數(shù)表示）	空載模式下的最大功率 (W)
Pout ≤ 1 W	≥ 0.5 x Pout + 0.16	≤ 0.100
1 W < Pout ≤ 49 W	≥ 0.071 x In(Pout) – 0.0014 x Pout + 0.67	≤ 0.100
49 W < Pout ≤ 250 W	≥ 0.880	≤ 0.210
Pout > 250 W	≥ 0.875	≤ 0.500
銘牌輸出功率 (Pout)	有源模式下的最低平均能效 （以小數(shù)表示）	空載模式下的最大功率 (W)
Pout ≤ 1 W	≥ 0.517 x Pout + 0.087	≤ 0.100
1 W < Pout ≤ 49 W	≥ 0.0834 x In(Pout) - 0.0014 x Pout + 0.609	≤ 0.100
49 W < Pout ≤ 250 W	≥ 0.870	≤ 0.210
Pout > 250 W	≥ 0.875	≤ 0.500
銘牌輸出功率 (Pout)	有源模式下的最低平均能效 （以小數(shù)表示）	空載模式下的最大功率 (W)
Pout ≤ 1 W	≥ 0.5 x Pout + 0.16	≤ 0.210
1 W < Pout < 49 W	≥ 0.071 x In(Pout) - 0.0014 x Pout + 0.67	≤ 0.210
49 W < Pout ≤ 250 W	≥ 0.880	≤ 0.210
Pout > 250 W	≥ 0.875	≤ 0.500
銘牌輸出功率 (Pout)	有源模式下的最低平均能效 （以小數(shù)表示）	空載模式下的最大功率 (W)
Pout ≤ 1 W	≥ 0.517 x Pout + 0.087	≤ 0.210
1 W < Pout ≤ 49 W	≥ 0.0834 x In(Pout) - 0.0014 x Pout + 0.609	≤ 0.210
49 W < Pout ≤ 250 W	≥ 0.870	≤ 0.210
Pout > 250 W	≥ 0.875	≤ 0.500
銘牌輸出功率 (Pout)	有源模式下的最低平均能效 （以小數(shù)表示）	空載模式下的最大功率 (W)
Pout ≤ 1 W	> 0.497 x Pout + 0.067	≤ 0.300
1 W < Pout ≤ 49 W	≥ 0.075 x In(Pout) + 0.561	≤ 0.300
Pout > 49 W	≥ 0.860	≤ 0.300

圖 2：美國能源部對直接操作外部電源的 VI 級最低有源模式平均能效和空載最大功耗的規(guī)定。

除不包括非直接操作電源以外，VI 級還定義了 EPS 產(chǎn)品的一些特定豁免條款。 值得注意的是，這些豁免條件包括：電源須由聯(lián)邦食品藥品監(jiān)督管理局列入并認定為醫(yī)療器械的醫(yī)療應(yīng)用；額定輸出電壓 < 3 V 且輸出電流 ≥ 1 A，為完全或主要由電機驅(qū)動的產(chǎn)品提供電池充電的直接操作 AC-DC 電源。

對于 VI 級合規(guī)要求，以有源模式操作的 EPS 需要達到在規(guī)定負載水平 25%、50%、75% 和 100% 時獲取的四個能效測量值的平均值所確定的最低能效。 總是較低的負載導(dǎo)致較差的能效，并且為了滿足更嚴格的 VI 級限制，EPS 設(shè)計人員需要考慮提升低負載能效的方法并重新審視所采用的電路拓撲結(jié)構(gòu)。 因此，在更高電壓下操作的更高功率輸出的電源可以繼續(xù)使用 LLC 諧振變換器，并且已制定的反激式設(shè)計對于更適中的功率輸出電源可能也適合，但是對于需要提供更高輸出電流的較低電壓電源，則需要不同的解決方案。 例如，將次級電路設(shè)計從簡單的二極管整流變?yōu)橥秸?，有助于提高平均能效和空載性能，但需要次級側(cè)控制器來接通和斷開同步 FET。

實現(xiàn) VI 級合規(guī)要求的另一種方法就是像制造商 CUI 一樣，降低電源的開關(guān)頻率。 如在 V 級產(chǎn)品中一樣，控制 IC 通常以 65 kHz 的頻率工作，但在輕載和空載條件下將其降低到 22 kHz，可大大降低功率損耗并提高能效，如圖 3 所示。

圖 3：降低輕載和空載條件下的開關(guān)頻率有助于符合 VI 級平均能效規(guī)范。

全球化階段與協(xié)調(diào)

如前所述，從圖 1 中也可以看出，全球能效法規(guī)的實施和采納相當(dāng)分化，并摻雜著適用于不同地理區(qū)域的自愿性和強制性法規(guī)。 不幸的是，盡管政府及其他機構(gòu)心懷良好意愿，希望各種標準協(xié)調(diào)一致，然而仍舊需由電源制造商和 OEM 來確保其產(chǎn)品的合規(guī)性。

我們所看到的過程并非協(xié)調(diào)一致的，似乎更像是各國或各地區(qū)試圖趕上并超越其鄰國的一場競相提高的游戲。 歐盟是其 EPS 能效行為準則 (CoC) 規(guī)則的最新挑戰(zhàn)者。 其 2013 年 10 月發(fā)布并自 2014 年 1 月起生效的基于自愿原則的 1 級標準采用了現(xiàn)有的生態(tài)設(shè)計指令，該指令使歐盟與 2011 年的 V 級標準協(xié)調(diào)一致，并將其要求提高到與 DoE VI 級標準大體相當(dāng)。 CoC 1 級標準當(dāng)前正在接受有關(guān)部門的審查，預(yù)計將于 2017 年 1 月前作為生態(tài)設(shè)計規(guī)則強制實施。 接下來是歐盟的 CoC 2 級標準，它超越了 VI 級標準，自 2016 年 1 月起生效并基于自愿原則實施，并且也在接受審查，可能于 2018 年 1 月作為生態(tài)設(shè)計規(guī)則強制實施。

我們再次了解了一下 VI 級和 CoC 1 級之間的細微差別，然后你就會體會到 2 級將會如何的嚴格。從制造商的角度來看，這是生死攸關(guān)的，特別是在他們的目標是通過滿足最嚴格的規(guī)范來實現(xiàn)對所有這些標準的合規(guī)時。

與 VI 級相比，CoC 1 級對基本電壓外部電源的空載功耗限制不是太嚴格，這一點可能令人驚訝。 對于額定值為 0.3 W 至 49 W 的電源，適用的最大值為 150 mW，對于 49 W 至 250 W 的電源，最大值為 250 mW，相對于同等 VI 級設(shè)備，其相應(yīng)限值為 100 mW 和 210 mW。 2 級空載功耗限制的設(shè)定低于 VI 級，為 75 mW (0.3 W < Pout ≤ 49 W) 和 150 mW (49 W < Pout ≤ 250 W)，這一點并不那么讓人驚訝。

較明顯的差別在于 CoC 規(guī)則引入了 10% 全額定輸出電流時的有源模式最低能效。 這是 VI 級標準用于測量能效的四點平均法之外的補充，正如我們前面所指出的，它提出了更大的挑戰(zhàn)。 與 VI 級相類似，在能效測量方面，CoC 規(guī)則對 AC-DC 和 AC-AC 電源的處理相同，但基本電壓和低壓電源之間存在區(qū)別，具有不同限制。 與空載標準一樣，我們看到 CoC 1 級平均能效要求的嚴格程度略低于 VI 級，而 2 級的要求則更苛刻一些。

確保全球合規(guī)性的解決方案

原始設(shè)備制造商有責(zé)任確保其所生產(chǎn)的任何產(chǎn)品均符合相關(guān)能效法律規(guī)定，包括在任何地區(qū)銷售的外部電源。 顯然，EPS 符合最嚴格的現(xiàn)行法規(guī)可避免對不同地理區(qū)域市場采取不同產(chǎn)品配置的復(fù)雜性。 對于購買電源與其最終產(chǎn)品捆綁銷售的 OEM 來說，其好處是，他們能夠更容易地選擇滿足最新、最苛刻的能效標準的供應(yīng)商。

CUI 是在電源設(shè)計領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位的技術(shù)公司。 其在 VI 級標準要求成為強制性要求的一年多以前就推出了符合這些標準要求的外部電源。 這些產(chǎn)品覆蓋 5 W 到 150 W 的電源適配器，并包括如圖 4 所示的桌面式、壁插式和 USB 產(chǎn)品。 CUI 的目標旨在“保持領(lǐng)先于快速演變的全球能效法規(guī)，確?？蛻粼O(shè)計能在更嚴格的能效規(guī)則成為法律要求時保持合規(guī)性”，因此我們可以合理期望很快看到符合 CoC 標準的產(chǎn)品公布于眾。 

圖 4：CUI SWI12-E 12 W 壁插式系列