电器产品零功耗电源管理IC项目
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| 李姝江 |
| 随着家用电器、家用音视频产品的普及，办公自动化的广泛应用和网络化的不断发展，节能环保的呼声不断提高，人与自然、人与环境的和谐相处的理念彰显，在全世界范围内能源之星电气节能产品标准的推出，迫使越来越多的电子产品分阶段、逐步地具有了低功耗、待机功能。例如：手机电池充电器、平板电脑、电子书、网络播放器、IPTV_Box、DVB_C、DVB_T、DVB_S、电视机、音响系统、LED 照明光源、台式计算机、空调、洗衣机、机顶盒、DVD 播放机、微波炉等等， 以满足大众日益丰富的物质文化生活的要求。这些新产品、新技术在极大地方便我们生活的同时，也造成了大量的能源浪费。据相关文献的调查数据显示， 数字电视的待机能耗在l～5W左右，机顶盒待机能耗2～4W左右，个人计算机和显示器待机能耗 5～10W左右，手机充电器待机能耗 0.5～1W 左右。根据国际经济合作组织的一项调查称，各国因待机而消耗的能量约占能耗总数的 3%～13%。其大致的统计数据为：澳大利12%左右，韩国11%左右，德国10%左右，英国8%左右，日本7%左右，美国5%左右，芬兰5%左右。 |
| 一、研发背景 |
| 我国城市家庭的平均待机能耗已经占到了家庭总能耗的10%左右，相当于每个家庭使用着一盏15～30W的“长明灯”。我国每天每个家庭家用电器待机的耗电量为：0.706KWh/日；每月的耗 电量为：2.117KWh/月；每年的耗电量为：254.016KWh/年。电器产品的待机能耗像一只隐形的“吸血虫”，在浪费能源的同时给环保带来了巨大的压力。 |
| 目前，家用电器的待机功耗逐步被人们所认识，节能降耗已成为发展的趋势和必然。据不完整的统计数据显示，当前各大家电生产企业的家电待机功耗基本范围是： |
| 1、LCD 电视机的待机功耗为3.7W; |
| 2、微波炉的待机功耗为11.0W; |
| 3、空调的待机功耗为2.17W; |
| 4、洗衣机的待机功耗为2.7W； |
| 5、机顶盒的待机功耗为5.44W； |
| 6、电磁炉的待机功耗为1.36W； |
| 7、台式计算机的待机功耗为6.42W； |
| 8、家庭音响的待机功耗为7.25W； |
| 9、家用电热水器的待机功耗为3.2W。 |
| 以上 9 项合计：29.53W。每天的耗电量为：0.706KWh/日；每月的耗电量为：2.117KWh/月；每年的耗电量为：254.016KWh/年。我们的人口基数庞大，13 亿人口，2.4 亿的家庭基本无可无争议。那么，全国家电年耗电量为：2.4 亿*254.016KWh/年=609.64 KWh/年。三峡工程总装机 26×70 万KW，设计年发电 847 亿KW／h，这样算起来就相当于三峡年发电量的 72%，是一笔不小的数字。这些数据看起来虽小，但是我们的人口基数庞大，13 亿人口，2亿个左右的家庭。由于这些家电的使用和安装位置的限制很少有人会实现人走，即关闭电器电源的习惯，大部分时间这些家用电器是出于待机状态的。那么在全国范围内仅在待机方面家用电器损耗的电力，就相当于 600 亿 KWh/年，大约是三峡年发电量的 72%。从以上数据可以看出，家电的节能降耗比起其它的方法会见效更快，更直接，投入更小，不需要再次消耗资源。 |
| 二、实现的功能 |
| 鉴于此，本项目可广泛应用于家用电器（也可以延伸至一般电器或设备），照明灯具和各种日照常使用的电器产品。它集电器产品的开机、关机、待机三种操作状态，它是一种很好的、节约能源的新方法。实现的方法简单，操控性强，成本低廉，可以设计成为电源管理的专用芯片，具有广阔家电、消费类电子的市场空间，应用领域广泛，推广价值巨大，社会效益和经济效益显著。 |
| 本项目面向的是家电和消费类电子应用领域，应用范围广，社会需求量大，与人们的生活和工作息息相关，是一个朝阳产业。为致力于消费类电子产品上应用和推广，组建电源IC 设计团队，占领消费类电子产品市场。此发明的技术产品更适合欧、美消费类电子的低待机功耗的要求。欧盟以推出机顶盒产品的标准，要求家用机顶盒必须有深度待机，下载内容完毕自动关机，远程唤醒的功能。现阶段国内的家用电器待机功耗，暂时还达不到这个技术标准规定的水平。 |
| 三、技术应用范围 |
| 目前，已有物理样机供观摩和功能展示。本技术主要是针对降低消费类电子电器的待机功耗而研究开发的。应用的对象分别是：便携电器和家用电器等，如：手机、笔记本电脑、平板电脑、电视机、空调、洗衣机、机顶盒、DVD 播放机、家用音响系统、照明灯具、微波炉、台式计算机和各式的充电器等。电器在等待机的状态下，其各自的待机功耗仍是一个不可忽视的数值，就拿电视机的机顶盒来说待机的功耗和电视机的待机功耗是同一个数量级的，这正是大家把它忽视和小看的耗能电器。这类电器待机所耗的能源就是等于白白浪费的资源，在每一个家庭来说是小事。但对于人口众多的大国来说，却显得就很有必要了。新建发电厂要投资、人力、物力、自然资源和消耗相应的燃料。建设周期长，投资费用大，维护的成本也相应增加。对于国家来说，既节约了电能，节约了资源和保护了环境，又减少了投资，收益是巨大的，于国于民都有利的，更有利于经济建设的良性循环与发展。 |
| 四、技术特点 |
| 本项目的技术特点是在电器设备完全断电的情况下，能够让被关闭的电器通过遥控器而打开工作。在不需要其工作的时候，又能够使其处于低功耗的待机状态，也可以使其分别在工作和待机的状态下被关闭。市场上也有号称“微功耗的待机开关”，那只是单火线的开关控制器，成本高昂，推广难度大，不能有效的与消费电子很好地结合，仍需要布线安装，没有待机控制功能，工作时耗电大也是它成本高的主要的因素，限制了它的应用范围。与本项目的技术方法有着本质的区别，它不能够在完全断电的情况下被操控，实现开、关和待机。本项目的技术特点还在于成本低廉，便于设计成为 IC，大面积的推广使用，很容易与各类电器的配合使用，彰显其零功耗节能和控制方便的特色。对于台式电脑的待机来说，大家可能还不太了解它的待机原理。台式电脑的电源内，还以一个专门供待机时供电的一个小型的开关电源，也就是在电路图中表示的 standby 5V 的待机电源，当电脑检测到键盘和外围控制系统有输入的信号时，就唤醒系统进入工作状态，这一段时间内的电能供应就是由这个standby 5V 保证的。这个电源的待机功耗也要大于 1W 的数值。LED照明即将进入家庭和商业照明的领域内，LED 灯具的开关控制，本项目技术就是最好的应用和控制的对象，而传统的控制开关就要面临淘汰的境地。 |
| 五、市场前景 |
| 本项目有着非常广泛的应用市场前景。主要表现在消费类电子产品与时俱进，需要不断的更新与发展。只要消费类电子产品有市场需求，就得有开、关和待机的功能，那就离不开本项目的功能型芯片来实现。对于旧的产品可以使用组合式待机节能模块来改造，使之成为可以被控制开、关和微功耗待机产品，在一定的程度上避免要手动开关机的麻烦。也可以延伸至家居装修的新兴开关市场，譬如：家庭的墙壁装置的电器开关，也可以被本产品取而代之，是建筑电气设计、施工、布线、安装的一种简化形式。建筑时不需要考虑布设相应的布线套管埋设和施工，装修的时候也不需要为增加电器开关而到处拉线布设。对于家庭和办公环境来说，室内的电器建筑控制布线可以大大简化，节约大量的线材和资金，人力和物力，使得建筑物内的开关布线设计更加简单和规范，节省线材、更节省电能，保护环境，有利于社会的持续和健康发展。如装置在新设计的消费类电子产品上，既增加消费类电器产品的非接触开关控制功能，又降低了消费类电子产品的待机能耗和长期在线的安全可靠性，保证了电器产品更加人性化的服务于社会的简约功能。尤其是对于严格规定要求电器产品低功耗待机的国际和地区，本技术就占有明显的技术优势。 |
| 本项目可以以基本的节能、低功耗型的 IC 形式走向市场，也可以以模组化的形式，改造原有的电器产品增加低功耗的零待机功能。 |
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