低功耗與節能設計已成3C產品技術關鍵
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在全球溫室效應的影響下，節能減碳不再是單純的環保問題，而應是人們的生活態度。特別是在車諾比核災事件，以及日本311大地震所引起的核電廠災變之後，更加深了世人對於核能發電的憂慮與恐懼。在資訊處理量不斷成長，設備耗電量日益增加，但既有能源卻不斷緊縮的情況下，低功耗與節能技術現在已經成為業界關心與重視的焦點之一...
DIGITIMES近期假六福皇宮舉辦「低功耗技術及3C節能設計論壇」，會中共計邀請技嘉科技、Fairchild、International Rectifier、微星科技、彰化師範大學電能轉換實驗室及Kontron…等業界先進，分別就主機板、待機電能消耗、MOSFET晶片、電池充能、All In One PC與工業電腦…等在節能省電方面的議題，與現場百餘位出席的3C產品製造業者分享寶貴的經驗。
軟硬體雙管齊下 主機板產品力求節能減碳
技嘉科技主板事業群服務暨業務行銷中心副總陳振順表示，該公司自2006年即開始進行一系列節能技術的研究，包括重新設計主機板的電源、運用如全固態電容…之類的高品質零組件、開發On-off-charge/Auto-Green/ DualBIOS…等多樣化的節能軟體、提升消費者環保意識，以及在公司內推動多項能源/資源回收政策，藉此逐步達成其節能減碳的最終目標。
以技嘉科技第3代超耐久主機板為例子，在電容方面為減少傳統電容長期重負載可能導致主機板報廢的危險，該公司改採日系領導廠商所生產的高品質全固態電容，以提高產品的穩定度、可靠性及延長使用壽命。此外，為因應CPU電力需求不斷增加的趨勢，技嘉也利用主動式電晶體，將原來獨立分散的3顆晶片整合成1顆，以提供CPU更快、更順暢的電流傳輸，並能在其高負載狀態下，維持穩定電壓。
同樣也是主機板製造大廠的微星也採用擁有特殊材質、電氣特性與創新結構設計…等特質的高效率低損耗節能電感器─SFC，以提升其電感應用的效率，並滿足該公司在節能產品研發上的特殊需求。該公司電源技術部資深經理許建基說，SFC由於可透過氣隙不同產生相異電感量，使得其效率不僅在輕載還是中載時，都能擁有不錯的表現，暫態響應也能夠維持在一定的水準。
而為了符合Erp2013在Standy(S3)與Power-off(S5)上的各項規範，微星更早於2008年即提出Deep S3(DS3)、Deep S4(DS4)及Deep S5(DS5)，並經測試後，於Power off的狀況時，其耗電量小於0.5W，而在有顯示功能的待機模式下則小於1W。這使PC能符合綠色電腦的標準，並且也改善了行動運算裝置現有平台的用電效率，生產製造、開發工作及平日運行的成本都更加低廉。
mWSaver vs. DirectFET 實現綠色3C產品願景
另一方面，也因為各式行動通訊裝置快速成長而導致充電器數量增加，但一般人在將充電器或電源插頭插入到插座之後，就很少會再移動或拔除，其長期的待機時間造成了嚴重的電力耗損問題。以美國為例，平均1個家庭待機耗電量總和，約可佔去家用電力的10%，等同於全球1%的二氧化碳排放量。因此降低設備在待機時間的功耗，對於杜絕能源浪費與降低碳排放皆具有十分重要的影響。
為此Fairchild semiconductor推出mWSaver電路與流程最佳化整合技術，能夠直接嵌入到關鍵的電源變壓器零組件中使用，讓設備的待機/空載時電力消耗達到業界最低的水準。該公司FAE經理林乾元以FAN302HL為例子，其PWM controller的待機耗電量即小於10mW，非常適合用電量僅有5~15W的智慧型手機及平板電腦等裝置使用。
至於International Rectifier則是由MOSFET領域探討綠色環保、節能減碳產品發展趨勢。IR的Sr. Field應用工程師John Lin說，傳統的封裝方式在結構上一定都會有Lead frame或Wire Bonds出現，常會造成削弱旁路電容及減少電源系統整體濾波效用等狀況。而International Rectifier的DirectFET則採用die attach material，直接將Source及Gate connection銲在PCB板上，以消除不必要的元件，並將寄生電感效應降至最低。
John Lin表示：「這對於一些DC to DC的應用項目，如以乾電池驅動的手持裝置而言是相當重要的。」也由於DirectFET在構造上相對簡單，使得其無芯片封裝電阻(die free package resistance；DFPR)亦可達到最低，在假設同為1mΩFET的情況下，DirectFET所增加的導通電阻(Rdson)僅有12%。此外，以工作溫度攝氏25度，輸入電壓12V、輸出電壓1.2V、5Vdd及Fsw 300KHz的條件進行測試，DiectFET的效率也比PQFN的要快上2.5%。
電池充電技術再升級 工業電腦打造低功耗模組
除了設備內部的零組件外，也有單位由研究電池的充電效率著手，以達到節能目的。彰化師範大學電能轉換實驗室講師朱能億說，對於該類產品的消費者而言，當然都會希望所使用的電池待機時間與使用壽命要夠長，而充電速度則是越快越好。而事實上，如果方法得宜，好的電池充電方式可以提高設備至少5~10%的效率。
以脈衝充電(Pulse Charger)為例子，其頻率與充電效率有很大的關係，但因為電池的電阻、電容…等數值都會隨著電池老化程度而產生變化，並非恆為固定值。因此有研究單位提出VFPCS，可從中找出擁有最大電流的頻率進行後續充電。朱能億說：「這表示在此一頻率下，電池的阻抗最低，不會將太多的電能轉換成熱能。」
上述降低功耗的方式除了可應用於3C產品外，亦可用於工業電腦，讓業者在研發過程更加簡便。Kontron Technology Taiwan業務經理黃淑美表示，低功耗不僅可以節省設備裝置電力，還能消除電源模塊及散熱系統，使系統元件壽命獲得延長，從而減輕震動及電磁干擾(Electromagnetic Disturbance；EMI)的問題。讓產品研發過程更加簡便。
以肯創電腦所推出的兩款nanoETXexpress系列產品為例子，其尺寸規格僅相當於1張普通信用卡的大小，並內含多項元件，因此可節省不少廠商的設計及人力成本，企業只要再設計好底板，做好I/O與layout規劃，再選擇合適的板卡模組進行組合，不僅能以最新技術節省產品開發時程，加快研發進度，並進而達到縮短Time-to-market的目標。
