效率重大升级!中国充电器能效新标准启动立项
2021-12-08 00:09:21  出处:充电头网  作者:elevens11 编辑:上方文Q     评论(0)点击可以复制本篇文章的标题和链接

2021年12月1日,电源能效中国强制标准GB 20943已经完成答辩会,本次标准升级有望纳入电源适配器、PC电源、服务器电源等千瓦以下内外部电源,下一阶段将进行立项前公示。

能效标准的改版升级是落实碳达峰、碳中和在电源行业重要举措。该标准由全国能源基础与管理标准化技术委员会(SAC/TC20)归口。

通过查询相关资料得知,GB 20943第一版颁布于2007年,第二版于2013年升级,最近一次更新距今近10年时间。

当前电源市场发展日新月异,尤其是快充、第三代半导体的出现和普及,让电源功率器件实现了从第一代半导体到第三代半导体的大跨越发展。

尤其是电源能效方面,碳达峰、碳中和新型环保理念获得广泛认可,电源产品尤其是手机充电器,全球保有量数十亿只。

GB 20943新版电源能效中国强制标准的发布和推行,有助于提升电源产品能效,减少碳排放量。

效率重大升级!中国充电器能效新标准启动立项

现行GB 20943-2013 单路输出式交流-直流和交流-交流外部电源能效限定值及节能评价值国家标准。规定了在220V、50Hz供电条件下将交流电压转换为固定的、单路低压直流(不大于36V)或低压交流(不大于36V)输出电压的外部电源的能效限定值、节能评价值、实验方法和检验规则。

在功率范围方面,GB 20943-2013老版标准仅适用于额定输出功率不大于250W的产品;而最新升级的标准,有望将功率进一步提升到千瓦级,提升幅度相当大,覆盖范围也更加广泛。

标准还定义了单路输出式交流-直流外部电源的特征。

a、将交流电网电压转换为直流低电压

b、每次使用时只提供一个固定的直流输出电压

c、与用电负载配套使用

d、可与用电负载分离

e、通过电线、电缆或其他永久性连线与终端产品相连接

f、不配备任何电池。

根据标准中定义的特征,我们生活中常用的路由器电源、笔记本电脑电源、手机充电器、机顶盒电源、显示器电源电源等自带线缆且固定电压输出的电源均适用此标准。

现行标准中能效限定值为强制性要求,其规定了电源类产品的平均功率能效限定值,对于不同输出功率的电源分别有不同的平均效率能效限定值。

值得一提的是,新版GB20943标准,能效方面,有望进一步提升。

节能评价值为推荐性要求,在能效限定值的最小平均效率上有所提升,当产品平均效率达到或者超过固定的节能评价值时,产品可被节能产品认证机构评定为节能产品。

作为强制性国家标准,GB20943还规定了检验规则。针对终端产品来说,能效限定值作为产品出场检验项目,能效限定值检验不合格的产品不允许出厂。

行业意义

充电器强制能效标准升版,与现行的碳达峰以及碳中和息息相关。升版后的GB20943标准,有望将电源适配器、PC电源、服务器电源等千瓦以下内部电源全部囊括在内,将传统标准中250W功率拓展到千瓦,涵盖生活中多方面场合。

GB20943的能效标准已经与欧盟COC V5以及美国DoE VI的先进能效标准保持同步,一方面可以促进国产电源产品效率与国际水平接轨,提升产品竞争力。另外一方面可以与国际间标准实现相互认可,降低贸易壁垒。并且更新的标准为企业制订了节能目标,引领行业健康有序发展。

GB20943标准为强制性要求,对电源的转换效率和待机功耗均进行了限定。限定了电源的最低转换效率以及最高的待机功耗,限制高耗能电源产品的生产,加快落后产品淘汰。并引导电源厂商生产高能效、低损耗的高性能电源产品,以提升消费者的节能意识,并促进电源行业正常、健康发展。

近年来快充以及第三代半导体的发展,快充支持多种电压输出,并且手机电荷泵直充需要充电器能够随时动态调节电压输出,充电器有多个特征超出了协议的标准范围。以及经济发展人民群众生活水平的提升,智能手机、笔记本电脑得到广泛普及。

GB20943-2013中,对于快充和计算机的电源标准没有做出规定。随着时代的发展,手机快充和个人智能终端得到突飞猛进的发展,电源的数量和输出功率都有了重大提升。新版标准有望将这些电源囊括在内,制订相关的强制性国家标准。

电源能效中国强制标准的升版,对于国内消费者来说,可以大幅简化充电器的选购流程,满足相关标准即可购买。对于电源厂商,满足国内标准等同于通过了国际的能效标准,可降低认证费用。

GB与GB/T区别

两者是有明显区别的,GB为强制性国家标准,GB/T为推荐性国家标准。

强制性国家标准是国家通过法律的形式明确要求对于一些标准所规定的技术内容和要求必须执行,不允许以任何理由或方式加以违反,变更。

强制性国家标准具有法律属性。强制性国家标准一经颁布,必须贯彻执行。

推荐性国家标准则不强制厂商和用户使用,而通过经济手段或市场调节促使资源采用的国家标准,不具有强制性。

充电器如何提升能效

充电器的能效提升,实际上就是更新技术应用在充电器上的进程,如充电器能耗分布、第三代半导体、高效电源架构等新技术应用在充电器上,提高了充电器的转换效率和发热,从而减小充电器的体积与散热需求。

充电器能耗分布

充电器能耗分布,从输入来看的话,主要可以分成输入端整流桥的损耗、初级开关管的开关损耗,变压器磁损+铜损、整流损耗,提高能效的方式就是降低各个环节的损耗,提高效率。

第三代半导体

第三代半导体如氮化镓,适合于高频开关,没有反向恢复电荷的同时,还具有极低的导阻,应用在充电器中,有效降低了开关损耗和传导损耗。氮化镓开关管相比传统硅MOS管没有体二极管,也就没有体二极管储存电荷,在高速开关时无需为体二极管充放电,显著降低了开关损耗,并且支持更高的开关频率。

开关频率的提升,可降低变压器等器件的电感量,降低铜损,配合为高频优化的磁芯材料,可在缩小变压器体积的同时提升变压器的效率,配合氮化镓器件的应用,提高整体的转换效率。

碳化硅二极管也属于第三代半导体,相比普通快恢复二极管,具有零反向恢复电流。使用在PFC升压整流中,更优秀的反向恢复时间能够大幅降低开关损耗,降低温升,并降低EMI。

《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》,其中“集成电路”领域,特别提出碳化硅、氮化镓等宽禁带半导体,也就是行业人士关注的第三代半导体要取得发展。

高效电源架构

传统开关电源主流为反激拓扑,反激拓扑需要使用电阻电容和二极管组成的RCD吸收回路,来吸收变压器的漏感能量,准谐振反激通过利用开关管的Coss既输出电容储存的能量,与变压器产生谐振,在开关管上储存的能量最小时控制开关管开通,降低Coss所带来的效率损耗。

高频QR在准谐振反激的基础上,采用谷底开通以降低开关损耗,支持更高的工作频率。在轻载下跳周期和突发模式运行,可提高转换效率。近年来有多款合封氮化镓器件量产并已大量应用,利用氮化镓的性能优势,进一步提高电源性能,满足高性价比和宽范围输出,同时具有非常优秀的待机消耗。

ACF主动钳位反激拓扑是一款新形式的反激拓扑,通过增加一只钳位开关管配合电容,将传统反激RCD吸收电路中耗散的漏感能量储存起来。在主开关管开通之前,控制钳位开关管导通,将电容中储存的能量释放给变压器,将初级反向励磁,从而实现主开关管的ZVS开关,而提高转换效率。除此之外还有通过增加辅助绕组等方式实现主开关管的ZVS开关,并支持宽范围输出。

LLC属于双管半桥谐振,采用谐振电感、励磁电感和谐振电容串联,故名LLC。具有工作频率高、损耗小、效率高、体积小的优点,可提高充电器功率密度。其谐振操作可实现全负载范围的软开关,减小开关损耗。从而成为高频和高功率密度设计的理想选择,适合固定电压输出,EMI特性更好。

未来电源还有AHB、图腾柱等新技术的应用、普及。

主动桥式整流

近年来,随着充电器功率的不断提升,体积越来越小,输入端整流桥的发热也愈发明显。在充电头网的拆解中,发现了部分充电器在内部使用了主动桥式整流代替传统整流桥。主动桥式整流与同步整流原理相同,使用低导阻的MOS管代替整流二极管,消除整流二极管上的压降损耗。

同步整流

在充电器中,使用同步整流,控制超低导阻的MOS管代替肖特基二极管整流,能够有效避免输出电流在肖特基二极管压降造成的损耗,降低整流损耗,这也是人们最早使用的一种提高能效的方式。

哪些企业参加了标准起草

GB20943标准由中国标准化研究院、深圳市航嘉驰源电气股份有限公司、中国长城计算机深圳股份有限公司、威凯检测技术有限公司、国家电子计算机质量监督检验中心、中国赛宝实验室、上海市质量监督检验技术研究院、松下万宝美健生活电器(广州)有限公司、同方股份有限公司、索尼(中国)有限公司、爱普生(中国)有限公司、尼康映像仪器销售(中国)有限公司北京分公司等业界知名企业起草。

其中,深圳市瓦特源检测研究有限公司整理了充电器能效数据进行充分比对分析,为能效新国标立项提供有效数据支撑。

总结

电源能效强制标准升版将对传统标准中过时的特征进行修改,扩展标准对应的充电器品类。有望加入电源适配器、PC电源以及服务器电源等千瓦功率以下的设备内外部电源,将这些广泛应用的电源纳入国家强制标准范围,落实电源行业中的碳达峰和碳中和。

升版后的电源能效强制标准将成为新的电源行业标准,对第三代半导体应用产生积极影响,同时也拉动新型电源架构的百花齐放,加速半导体企业在电源新技术上的研发投入。从技术上实现节能减排,响应低碳号召,带动产业升级。

我国是出口大国,世界上绝大多数消费类电子产品均由我国生产,具有完整的上下游产业链。电源能效强制标准升版,将对电源产品的种类以及能效和待机功耗等参数进行详细规定。等同于通过我国能效标准的电源,也通过了对应欧美的电源能效标准,可实现国际标准互认,降低贸易壁垒。

效率重大升级!中国充电器能效新标准启动立项

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#充电器

原文链接:充电头网 责任编辑:上方文Q

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