“綠色”的真正含意是什么?
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為了進(jìn)一步說明這一點(diǎn),考慮一下,美國(guó)每年總耗電量大約為 4 萬億千瓦 (數(shù)據(jù)來源:World Book of Facts)。那就是在 4 后面有 12 個(gè)零。正像你也許已經(jīng)猜到的那樣,用于發(fā)電的生產(chǎn)材料的最大來源是化石燃料,量有巨大影響,因此如果我們能對(duì)它們的需求減少越多,世界就會(huì)越好。無論化石燃料是媒、天然氣還是石油,都沒有關(guān)系,影響是一樣的。
因此,就模擬電源半導(dǎo)體界而言,問題是:對(duì)一個(gè)模擬電源 IC,綠色的真正含意是什么?為了充分理解這個(gè)問題的答案,我們需要理解,一個(gè)模擬電源 IC 需要做什么以減輕對(duì)最終系統(tǒng)總功耗的影響。
考慮一下服務(wù)器 ——— 那些支撐互聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行、提供成百上千萬 YouTube 視頻并保持經(jīng)濟(jì)運(yùn)轉(zhuǎn)的大功率計(jì)算機(jī)的功耗,從 2000 年到 2005 年,它們的電能使用量翻了一番,到 2010 年可能再猛增 75%?;蛘?,換句話說,在2005年,為了使諸如谷歌 (Google)、微軟 (Microsoft) 和 雅虎 (Yahoo) 等因特網(wǎng)巨頭所擁有的世界數(shù)據(jù)中心保持在線狀態(tài),其耗電量相當(dāng)于14家10億瓦電廠的總發(fā)電量。
就一個(gè)用于服務(wù)器內(nèi)的節(jié)能 DC/DC 轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)中的電源管理 IC 而言,必須具有兩種主要屬性。首先,它必須擁有非常高的轉(zhuǎn)換效率。其次,它在正常、備用和停機(jī)模式時(shí)必須擁有低靜態(tài)電流,以最大限度降低功耗。這一點(diǎn)尤其重要,因?yàn)楹芏嘞到y(tǒng)可能有大量時(shí)間處于備用或低功率模式,在這些模式時(shí),它們連續(xù)消耗功率,從而使輕負(fù)載時(shí)的轉(zhuǎn)換效率成為一個(gè)關(guān)鍵因素。
一個(gè) IC 效率越高,那么它在轉(zhuǎn)換過程中消耗的能量就會(huì)越少。例如,考慮用在一個(gè) DC/DC 轉(zhuǎn)換器中的兩個(gè)獨(dú)立的IC,該轉(zhuǎn)換器在 5V 時(shí)向一個(gè)設(shè)備負(fù)載提供 5A (25W) 電流。如果第一個(gè) IC 的效率為 95%,那么:
POUT/效率 = PIN
或者,在這種情況下,PIN = 25/0.95 = 26.3W
不過,如果另一個(gè) IC 的效率僅為 77%,那么:
PIN = 25/0.75 = 33.3W
正如可以看到的那樣,在這個(gè)例子中,能量差是 7W。因此,在第二種情況下,必須產(chǎn)生額外的 7W 功率為該設(shè)備供電。這不僅提高了對(duì)電源的要求,而且給系統(tǒng)的熱設(shè)計(jì)增加了額外的負(fù)擔(dān),因?yàn)樵?DC/DC 轉(zhuǎn)換器還必須以熱量形式消散這一功率損耗。
類似地,如果一個(gè) DC/DC 轉(zhuǎn)換器有大靜態(tài)電流,那么它在所有工作模式時(shí)都需要更多功率 (和能量)。作為另一個(gè)例子,考慮一個(gè)日常設(shè)備,如家庭影院系統(tǒng)。它可以使用 4 到 5 個(gè)不同的負(fù)載點(diǎn) (POL) 轉(zhuǎn)換器,因此,總的能耗很快就會(huì)累計(jì)成一個(gè)可觀的功耗數(shù)字。而且所有這些都是由“電網(wǎng)”供電的。顯而易見,通過降低正常、備用或休眠等所有工作模式時(shí)的靜態(tài)電流,可以快速實(shí)現(xiàn)實(shí)實(shí)在在的能量節(jié)省。
最后,雖然某些半導(dǎo)體公司只是突然之間便聲稱其整個(gè)產(chǎn)品庫(kù)都擁有非常強(qiáng)大的功能,但是用戶必需考慮IC在轉(zhuǎn)換效率和總靜態(tài)電流消耗方面所能提供的指標(biāo),以真正地了解并懂得作為“綠色產(chǎn)品”究竟意味著什么。