符合能效標準的外部電源設計

自從加利福尼亞能源委員會 (CEC) 于 2004 年實施第一個強制性標準以來，圍繞外部電源能效和空載功耗立法的全球監(jiān)管環(huán)境在過去十年中得到了快速發(fā)展。 美國能源部 (DOE) 出版的一套新要求將于 2016 年生效，當前局面屆時必定將產生變化，因為各個監(jiān)管機構都會設法進一步減少外部電源適配器的能耗。

毋庸置疑，強制規(guī)定將提升外部電源的平均能效，對全球功耗的減少會產生切實的影響。 然而伴隨著降低電網消耗帶來的好處，由于需要努力適應不斷變化的監(jiān)管環(huán)境，電子行業(yè)也面臨著一些挑戰(zhàn)和不確定因素。

對于將外部電源設計到其產品中的原始設備制造商 (OEM) 而言，他們必須持續(xù)密切關注最新的能效規(guī)范，以確保其產品符合所銷售地區(qū)的規(guī)定。 本文旨在提供全球現(xiàn)行能效規(guī)范的最新總結。

歷史簡述

據(jù)估計，90 年代初期單是在美國，當時使用的外部電源數(shù)量就超過了 10 億個。 這些主要使用線性電路技術的外部電源，能效低至 50%，在應用關閉或甚至未連接電源的情況（稱為“空載”情況）下，依然存在功耗。 據(jù)專家計算，如果不采取措施提升能效并降低“空載”功耗，那么 20 年內，外部電源所消耗的能量將占到總能耗的 30% 左右。 1992 年，美國環(huán)境保護署啟動了一項自愿性計劃來提升能效并降低污染，這項計劃最終成為了“能源之星”計劃。 然而直到 2004 年，才第一次實施關于能效和空載功耗最低值的強制性規(guī)范。 下面的信息圖描述了從加利福尼亞能源委員會 (CEC) 的 2004 規(guī)范發(fā)展到即將于 2016 年 2 月生效的全新 VI 級標準的過程。

圖 1：CEC 規(guī)范標準的演變。

當前的監(jiān)管環(huán)境

圖 1 的時間軸展示了過去十年中監(jiān)管環(huán)境的變化過程。 由于部分國家和地區(qū)制定了更為嚴格的要求，并從自愿性計劃過渡到強制性計劃，因此原始設備制造商 (OEM) 必須密切關注最新發(fā)展趨勢，以確保符合規(guī)范，避免遭受代價高昂的延誤或罰款。 雖然許多國家或地區(qū)制定的自愿性計劃經過協(xié)調，與最初由“能源之星”建立的國際能效標識協(xié)議系統(tǒng)保持一致，但以下國家和地區(qū)目前實施的相關強制性規(guī)范中規(guī)定，所有出入境的外部電源均須符合指定的能效等級：

美國 IV 級 加拿大 IV 級 歐盟 V 級

雖然美國能源部已制定更為嚴格的 VI 級標準，不過該標準要到 2016 年才生效。 目前，V 級將達到甚至超過全球任何監(jiān)管機構的要求。 電源制造商須按照 2013 年 9 月更新的外部電源國際能效標識協(xié)議 3.0 版的規(guī)定，在電源標簽上注明羅馬數(shù)字 V，以表示符合規(guī)范。 該“協(xié)議”的最新版本為標識的注明位置提供了更大的靈活性。

圖 2：CUI 標識標簽示例。

盡管歐盟是目前全球唯一一個執(zhí)行 V 級合規(guī)性標準的官方監(jiān)管機構，但大部分外部電源制造商都已對其產品組合進行了調整，以滿足這些要求。 OEM 需要為其發(fā)往全球的產品建立通用的電源平臺，所進行的調整便是對該需求的直接響應。

性能閾值

下表概述了從過去至當前逐步確定的性能閾值。

IEC 在其頒布的 AS/NZS 4665 第 1 部分和第 2 部分中，發(fā)布了國際認可的用于確定能效的測試方法。 確定能效等級所采用的方法是，在 4 個定義的點——即在額定輸出功率為 25%、50%、75% 和 100% 時，測量輸入和輸出功率。 然后，分別報告 4 個點的測量數(shù)據(jù)，以及所有 4 個點的平均有效能效計算值。

現(xiàn)行豁免條款

并非所有外部電源均須符合同樣的規(guī)范，美國和歐盟都規(guī)定了豁免條款。 美國國會在《2007 年能源獨立和安全法案》(EISA 2007) 的第 301 條規(guī)定，部分類型的外部電源可享受豁免條款。 這些設備須符合以下條件：

須為聯(lián)邦食品藥品監(jiān)督管理局列入并認定為符合《聯(lián)邦食品、藥品和化妝品法案》(21 U.S.C. 360c) 第 513 條的醫(yī)療器械。

為可拆卸電池組的充電器供電，或者為完全或主要由電機驅動的產品的電池充電。

制造商為 2008 年 7 月 1 日之前生產的終端產品提供的維修零件或備件，且外部電源為主要負載。 用于此用途的電源的制造時間可在 2008 年 7 月 1 日之后。

歐盟也制定了類似于美國的豁免條款。 醫(yī)療器械、電池充電器和維修產品的外部電源可豁免。 此外，低壓 EPS 設備也可豁免。 低壓外部電源是指，設備所帶銘牌上的輸出電壓低于 6 V，輸出電流大于或等于 550 mA 的外部電源。

過渡到 VI 級

包括 CUI 在內的電源制造商已做好準備向更嚴格的 VI 級標準過渡。 這一全新標準與現(xiàn)有適配器嚴格的規(guī)范一起，擴大了需要符合該標準的產品范圍。 受監(jiān)管的產品現(xiàn)在包括：

多電壓外部電源

功率大于 250 W 的產品

下表匯總了新的性能閾值：

定義

單電壓外部 AC-DC 電源，是指將 AC 線路電壓轉換成 DC 低壓輸出，且一次只能轉換至一個 DC 輸出電壓的外部電源。

單電壓外部 AC-AC 電源，是指將 AC 線路電壓轉換成 AC 低壓輸出，且一次只能轉換至一個 AC 輸出電壓的外部電源。

多電壓外部電源，是指將 AC 輸入線路電壓轉換成多個同步低壓輸出的外部電源。

低電壓外部電源，是指銘牌輸出電壓低于 6 V，銘牌輸出電流大于或等于 550 mA 的外部電源。 基壓外部電源，是指非低壓電源的外部電源。

直接與非直接操作 EPSS

新標準還將電源定義為直接操作和非直接操作產品。 直接操作產品，是指無需電池輔助即可在其終端產品中直接工作的外部電源 (EPS)。 非直接操作外部電源 (EPS) 不是電池充電器，但需要在電池輔助下才可在終端產品中工作。 新標準僅適用于直接操作外部電源。非直接操作產品仍受到 EISA2007 中限制要求的約束。 美國能源部 (DOE) 提供的以下說明信息（圖 3）可幫助區(qū)分直接操作電源與非直接操作電源：

圖 3：確定直接與非直接外部電源的步驟。

VI 級豁免條款

新的 VI 級要求還定義了 EPS 產品豁免條款。 如滿足以下條件，直接操作 EPS 標準則不適用：

須為聯(lián)邦食品藥品監(jiān)督管理局依據(jù)《美國法典》第 21 篇第 360c 條列入并認定為醫(yī)療器械的設備；或者

直接操作 AC-DC 外部電源的銘牌輸出電壓低于 3 V，銘牌輸出電流大于或等于 1,000 mA，且為完全或主要由電機驅動的產品的電池充電。

展望未來

新要求的實施日期定在 2016 年 2 月 10 日，即新規(guī)定在《聯(lián)邦公報》上發(fā)表的 2 年后。 需要注意的是，新產品自制造或進口到美國之日起將會被監(jiān)督新標準執(zhí)行情況，但在 2016 年 2 月 10 日前美國制造或進口到美國的舊款產品仍可發(fā)貨。 標簽要求必須符合與現(xiàn)行 V 級標準相同的《外部電源國際能效標識協(xié)議 3.0 版》中的規(guī)定。

總體來看，預計其他國家將在不久后紛紛仿效此標準。 目前，歐盟現(xiàn)行的關于外部電源強制性《歐洲環(huán)保設計指令》正在修訂討論階段，預計將與美國的大部分（如果不是所有）相關標準保持一致。 可以預計的是，現(xiàn)行能效規(guī)范與美國相關規(guī)范一致的國家或地區(qū)，包括加拿大和澳大利亞，也將與新標準保持一致。

總結

據(jù)美國環(huán)境保護署 (EPA) 估計，過去十年實施的外部電源能效規(guī)范幫助減少了 320 億千瓦能耗，每年節(jié)省資金達 25 億美元，每年減少的 CO2 排放量超過 2400 萬噸。 現(xiàn)在許多 OEM 不僅僅是達到政府的強制性規(guī)范，他們還開始追求使用“更綠色節(jié)能”的電源，旨在實現(xiàn)終端產品的差異化，促進能效的持續(xù)提升，甚至推動控制技術的實現(xiàn)，在某些情況下，可徹底消除空載功耗。 2014 年下半年，CUI Inc 開始推出符合 VI 級規(guī)范的適配器，讓客戶提前體驗了符合新規(guī)范的產品。 CUI 致力于不斷向前發(fā)展，努力尋找方法將最新的節(jié)能技術應用于外部電源，以滿足市場需求以及所有現(xiàn)在和未來的規(guī)范。 推出了各種符合 V 級和 VI 級規(guī)范的電源，并提供多種符合 VI 級規(guī)范的設備。