Калькулятор энергетической эффективности источников питания

Рич Фасслер

Геннадий Бандура

Примером такой эволюции является программа энергетической эффективности внешних источников питания (ВИП). Начиная с 2001 года стандарт European Commission’s Code of Conduct (CoC) просто определял максимальное энергопотребление в режиме «без нагрузки». В настоящее время стандарт CoC (версия 4) включает в себя две спецификации по среднему КПД в активном режиме работы (1 — для низковольтных моделей до 6 В и более 550 мА; 2 — для всех других ВИП мощностью до 250 Вт) и 3 спецификации для работы в режиме «без нагрузки» (1 — для ЗПУ сотовых телефонов мощностью до 8 Вт; 2 — для AC/AC ВИП; 3 — для AC/DC ВИП).

Другие стандарты энергетической эффективности на данный момент тоже описывают работу источника питания в двух режимах: активном и «без нагрузки». Примером таких стандартов являются: Energy Star, U.S. EISA 2007 и оба класса European Commission’s Ecodesign Directive. С помощью таблицы можно сравнить стандарты энергетической эффективности.

Кроме того, в последнее время стали появляться новые стандарты. China’s Communication Industrial Standard of PRC (YD/T 1591-2006) описывает стандарт USB-коннектора и выходной мощности источника с минимальным КПД в активном режиме 50% и энергопотреблением в режиме «без нагрузки» до 300 мВт для терминального оборудования в сфере мобильных телекоммуникаций. В 2008 году группа ведущих производителей мобильных телефонов в сотрудничестве с Европейской комиссией ввела 5-звездный рейтинг («five-star rating») для мобильных зарядно-питающих устройств (ЗПУ), ограничивающий их энергопотребление до 30 мВт (5 звезд), что было гораздо ниже любой существовавшей в то время спецификации энергетической эффективности. В начале 2009 года группа разработчиков мобильных терминалов адаптировала и стандартизировала 5-звездный рейтинг и издала спецификацию, по которой энергетически эффективными считаются ЗПУ с рейтингом минимум 4 звезды (до 150 мВт в режиме «без нагрузки»).

Однако «лучом солнца» в лабиринте энергетических стандартов является тот факт, что все спецификации энергетической эффективности базируются на одном и том же методе тестирования: Test Method for Calculating the Energy Efficiency of Single-Voltage External AC-DC and AC-AC Power Supplies. Кроме того, математические действия, используемые для вычисления КПД в активном режиме (среднее арифметическое между КПД при нагрузке 25, 50, 75 и 100%) и минимального КПД, разрешенного по спецификации (в зависимости от выходной мощности), довольно просты. При попытках привести стандарты энергетической эффективности под один общий стандарт возникали различные противоречия, и инженеру было необходимо самому изучать стандарты, которым должно было соответствовать его устройство.

Для того чтобы быть информированным о последних изменениях стандартов энергетической эффективности, инженер мог использовать разные источники. Например, посещать конференции, посвященные мировым стандартам энергетической эффективности, подписаться на новости, блоги и базы данных энергетической эффективности (которые могут быть не всегда последней версии) или самостоятельно искать в Интернете информацию по этой тематике. К сожалению, подобные действия занимают очень много времени и не всегда дают полную картину, необходимую разработчику.

Компания Power Integrations пошла навстречу разработчикам и разработала web-приложение, которое определяет соответствие спроектированного разработчиком источника питания мировым стандартам энергосбережения. Это приложение — EPS Efficiency Compliance Calculator. Приложение легко в обращении, оно быстро рассчитывает средний уровень КПД (основанный на замерах пользователя), сравнивает эффективность расчетного ИП со всеми спецификациями (показывая расчетные и требуемые данные) и подробно указывает, каким стандартам соответствует источник питания, а каким нет. На рисунке показан скриншот приложения.

Работа в приложении начинается с того, что разработчик вводит следующие параметры источника питания: выходное напряжение, выходной ток, а из выпадающего меню выбирает диапазон входного напряжения: 115 VAC, 230 VAC или универсальный диапазон (данный параметр важен для определения совместимости со спецификацией Energy Star EPS, версия 2.0). Далее производятся замеры и задаются параметры — энергопотребление в режиме «без нагрузки» и КПД в 4 режимах. Приложение рассчитывает средний КПД в активном режиме и сравнивает полученные результаты с существующими спецификациями энергетической эффективности. Зеленая ячейка означает, что параметр соответствует данной спецификации, а красная — что нет.

На данный момент проверяются спецификации:

• Energy Star EPS (версия 2.0).
• US Energy Independence and Security Act 2007.
• European Commission Code of Conduct (версия 4).
• European Commission Ecodesign Directive for EuPs (уровень 1 (tier 1) — 2010 г.).
• European Commission Ecodesign Directive for EuPs (уровень 2 (tier 2) — 2011 г.).
• China USB Charger Spec (YD/T 1591-2006).

Более того, приложение рассчитывает рейтинг источника питания (по пятизвездной системе для ЗПУ сотовых телефонов). По данному рейтингу адаптер получает 1 звезду (если энергопотребление в режиме без нагрузки ≤50 мВт) и 5 звезд (если энергопотребление в режиме без нагрузки ≤30 мВт). Рейтинг можно увидеть в строке EC Integrated Product
Policy (IPP).

Приложение также позволяет обойти спорные моменты при проверке на соответствие с тем или иным стандартом. Например, внешний источник питания с параметрами 3 Вт, 5 В, 0,6 A и средним КПД 65% легко пройдет испытания на соответствие всем спецификациям. В то время как аналогичный с выходным напряжением 6 В — уже не пройдет по стандартам Energy Star, EC Code of Conduct и Ecodesign Directive, класс 2. Эти спецификации предполагают более строгие параметры КПД для ИП со стандартным выходным напряжением по сравнению с низковольтными (до 6 В и более 550 мА), даже при одинаковой выходной мощности.

Стандарты энергетической эффективности продолжают развиваться, однако все изменения будут своевременно вноситься в механизм расчета приложения EPS Efficiency Compliance Calculator Power Integrations. А это делает его уникальным и актуальным механизмом для расчета и проверки источника питания на соответствие мировым стандартам энергетической эффективности.