Энергия будущего: минимизация неоправданных энергозатрат благодаря технологии GreenChip

Все существующие в мире зарядные устройства потребляют электричество даже в том случае, если заряжаемый мобильный телефон, MP3-плеер или другой электронный прибор отсоединены. Все время, пока блок питания или зарядное устройство подключены к сети, через них течет ток величиной в несколько миллиампер, поддерживая в активном состоянии все электронные компоненты блока питания. Поскольку напряжение на этих компонентах появляется сразу же, как только вы включаете блок питания в розетку, энергия расходуется впустую.

Казалось бы, потеря нескольких миллиамперов в зарядном устройстве для мобильного телефона — это мелочь. Но если помножить эту величину на число всех зарядных устройств в мире (а во многих странах в среднем их по четыре на человека), миллиарды тонких струек сольются в мощный поток бесцельно расходуемой энергии. Общие энергопотери на планете эквивалентны энергии, вырабатываемой 500-МВт электростанцией. Оценка выполнена в предположении, что из 4 млрд используемых сегодня устройств в любой момент работает 25%, т. е. 1 млрд. Если бы удалось сберечь полватта на каждом из них, экономия составила бы 500 МВт. В США Агентство по охране окружающей среды и Департамент энергетики разработали совместную программу Energy Star, направленную на борьбу с потерями энергии в источниках питания (ИП). Последние пять лет эта программа задает амбициозные цели по увеличению их эффективности. На рис. 1 показаны требования к эффективности ИП (вертикальная ось) потребительской электроники в зависимости от их мощности. По горизонтальной оси отложено допустимое энергопотребление при отсутствии нагрузки. Чтобы получить рейтинг Energy Star, источник питания должен удовлетворять обоим критериям (т. е. попасть в один из прямоугольников).

Рис. 1. Требования Energy Star 2005 и 2009 гг. к внешним источникам питания (External Power Supply, EPS)

С января 2005 г. для получения рейтинга Energy Star источник питания мощностью более 10 Вт должен обеспечивать 84%-ную эффективность в процессе зарядки и энергопотребление менее 0,5 Вт при отсутствии нагрузки (горизонтальная ось). В июле 2009 г. вступили в силу более строгие спецификации, которые распространяются как на источники питания, подпадавшие под действие EPS 1.1, так и на более мощные источники (0–50 и 50–250 Вт).

Особо жесткие требования (отложены по горизонтальной оси) предъявляются к энергопотреблению блока питания при отключенном конечном устройстве. Для источников питания мощностью <50 Вт соответствие наивысшему показателю спецификации EPS 2.0 означает семикратное снижение уровня энергопотребления: с 0,75 до 0,1 Вт.

История GreenChip

Пятнадцать лет назад эффективность блоков питания телевизоров, ноутбуков и настольных ПК в рабочем режиме составляла 70–80%. Осознавая масштабы совокупной потенциальной экономии электроэнергии (и денег на ее оплату), компания NXP Semiconductors сформировала инженерную группу, чтобы реализовать этот потенциал. Первая продукция на основе GreenChip появилась в 1998 г. и была предназначена для ЭЛТ-мониторов. Энергопотребление в режиме ожидания (standby), т. е. при неработающем дисплее, сократилось с типичного значения 8 Вт до уровня ниже 3 Вт без необходимости в отдельном источнике питания для работы в режиме standby. С тех пор решения NXP, основанные на GreenChip, стали появляться ежегодно одно за другим; все новые и новые поколения продуктов, каждое с какой-либо инновационной технологией, способствуют сокращению энергопотребления в самых разных устройствах.

В 2010 г. NXP пополнила свое семейство ИС GreenChip новой микросхемой с резонансным преобразователем, которая обеспечивает эффективность до 95% в различных устройствах мощностью 90–600 Вт. Компания не только установила новую планку в области эффективности, но и расширила круг энергосберегающих устройств, включив в него ЖК-телевизоры и высокоэффективные источники питания для компьютерной техники, например адаптеры с высокой плотностью компонентов, предназначенные для использования в разных странах (travel adapter).

Разработчики решений GreenChip для осветительных систем, используя свой более чем 15-летний опыт в технологиях высокопроизводительной обработки смешанных аналогово-цифровых сигналов и знания в области драйверов для люминесцентного освещения, создали высоковольтные резонансные преобразователи с наивысшим уровнем интеграции и лучшими в отрасли функциями защиты.

GreenChip стабильно удерживает лидирующие позиции на рынке, и NXP продолжает инвестировать в исследования, разработки и проектирование решений. На рис. 2 показано, как данная технология для адаптеров соотносится, например, с требованиями Energy Star (рис. 1). По многим показателям GreenChip превосходит такие спецификации, как Energy Star.

Рис. 2. Технология GreenChip позволяет ощутимо превзойти требования Energy Star

Перспективы

Когда уровень эффективности достигает 95%, что еще можно сделать для энергосбережения?

Внедрение технологий интеллектуальных сетей, благодаря которым здания или целые кампусы получат инструменты для выявления непроизводительных расходов энергии и принятия соответствующих мер, одно из возможных направлений. Лучше суперэффективной технологии может быть только физическое отключение источника питания, когда он не используется.

Измерения, отчеты и энергосбережение в масштабах всей корпоративной инфраструктуры способствуют значительному сокращению расходов компании на электроэнергию. Но для того чтобы принимать меры по энергосбережению на глобальном уровне, каждое устройство, включая источники питания для ноутбуков и мобильных телефонов, а также осветительную технику, системы обогрева, вентиляции и кондиционирования воздуха — все, что потребляет электроэнергию, — должно «уметь» делать это на локальном уровне.

Комплексный подход

В отличие от большинства компаний полупроводниковой отрасли, специализирующихся либо на аналоговой, либо на цифровой технике, при проектировании компонентов и в процессе производства решений компания NXP всегда стремилась уделять равное внимание обработке и цифровых, и аналоговых сигналов.

В источниках питания, в частности, поддержка различных состояний и режимов работы подразумевает такой уровень «интеллекта», для которого нужна цифровая технология, хотя базовый процесс переключения режимов источников питания остается аналоговым. Технологический процесс EZ-HV гарантирует устойчивость к напряжению пробоя до 700 В. Технологии Power process — это часть истории, но еще одна часть — это опыт в области проектирования, и именно он в конечном итоге позволяет в полной мере реализовать возможности GreenChip.

Эти технологические достижения в сочетании с неизменной заботой NXP об охране окружающей среды методами экоинженерии обеспечивают компании лидирующие позиции в области создания «зеленых» микросхем.