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绿色制造中的半导体技术、ZigBee无线网络和OLED
2009/12/13 10:34:12    

作为电子产品的源头,半导体器件、显示器材、电池元件等新型电子元器件在“绿色行动”中的作用尤其重要。其中,全球半导体IC制造产值虽然不到3%,但影响力却超过15%,凡是需要电力驱动的设备无一不是半导体及电子元器件的延伸应用。同时,先进的半导体芯片还能带动其他产业一同节能减碳,逐步实现绿色供应链。另外,一些先进无线网络技术,如IEEE 802.15.4/ZigBee也非常适合传感和控制能源消耗设备,可望成为通过智能能源产品降低住宅和商业建筑能源成本的领先技术。


1、半导体技术


数据显示,从白炽灯照明转向荧光灯或者LED照明,可以节能75%;从单相交流电机转向可变速电机,可以节能35%;降低电子设备的待机功耗,可以实现总体家庭电能消耗减少5-10%。因此,改进电子系统产品中的能耗效率、待机功耗和修正功率因子将是我们努力的方向,以下列举几个典型方案。

(1)优化太阳能发电系统:太阳能发电技术面世以来,电池板失配问题一直困扰开发太阳能系统的公司,美国国家半导体SolarMagic电源优化器可以方便的融入系统设计。即使太阳能发电系统受制于阴影、碎片及电池板老化等实际操作环境,这款电源优化器仍可降低发电量的下跌幅度。现场测试显示SolarMagic芯片可挽回超过57%损失的发电量。

(2)基于太阳能的HBLED照明:LED比竞争光源每小时消耗更少的能源。以太阳能为动力的HBLED照明可以用于街道照明、家庭照明、应急灯和乡村照明,这些系统一般是由MCU控制的。

(3)高能源绿色电源方案:全球有关电源管理的法规和激励措施包括:能源之星(ENERGY STAR)、80 PLUS、中国标准认证中心、欧盟行为指令(Code of Conduct)、蓝色天使、IEC 61000-3-2功率因数校正法案、高能效电源等,其要求主要针对功率因数、能效和待机能耗。安森美半导体为电源应用提供涵盖“从插口到插袋”的完整电源链的功率因数校正(PFC)控制器、AC-DC和DC-DC控制器、稳压器、MOSFET及整流器,其能效GreenPoint参考设计有:5W/16W/40W/60W/90W/200W适配器、ATX电源(>80%)、ATX电源(>85%)、DTA电源、LCD-TV电源、LCD-TVHV-LIPS电源、STB电源等。

(4)绿色环保模式PWM控制器:德州仪器(TI)的UCC28610离线式绿色环保模式PWM控制器,可提高电源应用效率,同时还可最大限度地降低其空间占用与系统成本。UCC28610的频率与峰值电流调制可在满负载条件下实现85%的效率,并在整个负载范围内保持高效率。

(5)采用LED为LCD电视背光:LED背光具有能效高、无污染特点。Microsemi公司在LCD背光技术领域已拥有15年的研发经验,在产品架构以及调光技术等方面拥有专利。其DAZL!系列第二代混合信号高电压LED驱动器集成了所有必须的电源、模拟和逻辑单元,可用来驱动多个LED串,同时还能监测LED的电压和电流,通过先进的电源管理算法对RGB电源输出电压进行自适应控制,实现最优化的性能。

(6)ZigBee智能能源方案:德州仪器提供完整的2.4GHz射频(RF)片上系统解决方案,不仅支持IEEE 802.15.4标准,而且还支持包括ZigBee PRO网络、ZigBee RF4CE远程控制、智能能源、家庭与楼宇自动化、环境监控以及无线医疗等在内的一系列应用。


2、ZigBee无线网络技术


通过无线联网,可以实现能耗设备的智能控制,降低能源浪费。其中,ZigBee技术从一开始起就一直关注绿色问题,并且ZigBee技术也非常适合传感和控制能源消耗设备,如住宅和商业建筑中的照明和采暖/通风/空调(HVAC)设备。

ZigBee技术以一个开放、可互操作的标准实现了从公用设施到家庭网络(HAN)以负荷控制和需求响应为目的而进行的通信。支持ZigBee的仪表能够控制家庭中支持ZigBee的设备并与之进行通信,如HVAC系统。家庭主人也可以在需求/响应期间选择采用一些主动措施,如关闭电器、灯光等来减少他们的个人消耗。这不仅可以减少电网在高峰时的负荷,还能帮助家庭主人做出有关能源使用的明智决策。ZigBee技术还提供了一种让设备基于事件,智能使用能源的机制,例如,洗碗机可以将它的开启时间推迟到公用设施费率较低的时段。

随着ZigBee智能能源系列(Smart Energy Profile)的推出和公用设施公司支持智能能源(Smart Energy)仪表的大规模推广,照明和电器等产品也将从中获益。最终,有望在家庭中看到多种ZigBee设备,如照明、HVAC、电器,甚至是通过ZigBee网络实现的安全,所有设备都相互通信并与公用设施仪器通信。目前,相关半导体方案有飞思卡尔MC1322x ZigBee平台级封装、Flexis系列MCU,德州仪器的CC2530等。


3、绿色显示技术


在信息显示领域,彻底淘汰CRT,以LED取代CCFL为LCD-TV背光,大力发展OLED显示其已经成为不争的事实。其中,OLED能够实现面发光、透明和薄轻外形,用作信息显示时无需背光源,属于新一代环保、节能产品。

目前,“节能”和“环保”已经成为LCD-TV的最大卖点。DisplaySearch公司预测,电视市场规模在2012年将达到2.5亿台,其中80%为LCD-TV。如果LCD-TV的耗电量年均减少15%,那幺10年后能耗就会降低到“1英寸=1W”以下。

作为重要节能技术,LED背光将成为LCD-TV节能的王牌。而且,LED背光结合区域控制技术,借此加快节能化进程的技术趋势愈发明显。区域控制技术也称为局部点亮技术,是把LCD面板的画面分割为多个区域,配合影像对各区域的亮度进行控制。在显示低灰度级,即灰暗影像时可以大幅减少过去被浪费的背照灯光线。电视厂商都认为,采用区域控制技术能够使耗电量减少约一半。

其他改善LCD面板的方法还有提高透射率,以及改进电视的使用方式。例如索尼VE5系列配备了能够在人离开电视前方时会自动关闭图像显示的人体感知器,人体感知器设置在LCD-TV前部下方中央的红外线传感器。此外,索尼VE5系列还配备了能够根据环境亮度改变背照灯亮度的照度传感器,并且具备动态、标准、影院等画质模式的设定功能,可使大屏幕LCD-TV节能2-3成。

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