2021年12月1日，電源能效中國強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn)GB 20943已經(jīng)完成答辯會(huì)，本次標(biāo)準(zhǔn)升級有望納入電源適配器、PC電源、服務(wù)器電源等千瓦以下內(nèi)外部電源，下一階段將進(jìn)行立項(xiàng)前公示。

能效標(biāo)準(zhǔn)的改版升級是落實(shí)碳達(dá)峰、碳中和在電源行業(yè)重要舉措。該標(biāo)準(zhǔn)由全國能源基礎(chǔ)與管理標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)(SAC/TC20)歸口。

通過查詢相關(guān)資料得知，GB 20943第一版頒布于2007年，第二版于2013年升級，最近一次更新距今近10年時(shí)間。

當(dāng)前電源市場發(fā)展日新月異，尤其是快充、第三代半導(dǎo)體的出現(xiàn)和普及，讓電源功率器件實(shí)現(xiàn)了從第一代半導(dǎo)體到第三代半導(dǎo)體的大跨越發(fā)展。

尤其是電源能效方面，碳達(dá)峰、碳中和新型環(huán)保理念獲得廣泛認(rèn)可，電源產(chǎn)品尤其是手機(jī)充電器，全球保有量數(shù)十億只。

GB 20943新版電源能效中國強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布和推行，有助于提升電源產(chǎn)品能效，減少碳排放量。

現(xiàn)行GB 20943-2013 單路輸出式交流-直流和交流-交流外部電源能效限定值及節(jié)能評價(jià)值國家標(biāo)準(zhǔn)。規(guī)定了在220V、50Hz供電條件下將交流電壓轉(zhuǎn)換為固定的、單路低壓直流(不大于36V)或低壓交流(不大于36V)輸出電壓的外部電源的能效限定值、節(jié)能評價(jià)值、實(shí)驗(yàn)方法和檢驗(yàn)規(guī)則。

在功率范圍方面，GB 20943-2013老版標(biāo)準(zhǔn)僅適用于額定輸出功率不大于250W的產(chǎn)品;而最新升級的標(biāo)準(zhǔn)，有望將功率進(jìn)一步提升到千瓦級，提升幅度相當(dāng)大，覆蓋范圍也更加廣泛。

標(biāo)準(zhǔn)還定義了單路輸出式交流-直流外部電源的特征。

a、將交流電網(wǎng)電壓轉(zhuǎn)換為直流低電壓

b、每次使用時(shí)只提供一個(gè)固定的直流輸出電壓

c、與用電負(fù)載配套使用

d、可與用電負(fù)載分離

e、通過電線、電纜或其他永久性連線與終端產(chǎn)品相連接

f、不配備任何電池。

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)中定義的特征，我們生活中常用的路由器電源、筆記本電腦電源、手機(jī)充電器、機(jī)頂盒電源、顯示器電源電源等自帶線纜且固定電壓輸出的電源均適用此標(biāo)準(zhǔn)。

現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)中能效限定值為強(qiáng)制性要求，其規(guī)定了電源類產(chǎn)品的平均功率能效限定值，對于不同輸出功率的電源分別有不同的平均效率能效限定值。

值得一提的是，新版GB20943標(biāo)準(zhǔn)，能效方面，有望進(jìn)一步提升。

節(jié)能評價(jià)值為推薦性要求，在能效限定值的最小平均效率上有所提升，當(dāng)產(chǎn)品平均效率達(dá)到或者超過固定的節(jié)能評價(jià)值時(shí)，產(chǎn)品可被節(jié)能產(chǎn)品認(rèn)證機(jī)構(gòu)評定為節(jié)能產(chǎn)品。

作為強(qiáng)制性國家標(biāo)準(zhǔn)，GB20943還規(guī)定了檢驗(yàn)規(guī)則。針對終端產(chǎn)品來說，能效限定值作為產(chǎn)品出場檢驗(yàn)項(xiàng)目，能效限定值檢驗(yàn)不合格的產(chǎn)品不允許出廠。

行業(yè)意義

充電器強(qiáng)制能效標(biāo)準(zhǔn)升版，與現(xiàn)行的碳達(dá)峰以及碳中和息息相關(guān)。升版后的GB20943標(biāo)準(zhǔn)，有望將電源適配器、PC電源、服務(wù)器電源等千瓦以下內(nèi)部電源全部囊括在內(nèi)，將傳統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)中250W功率拓展到千瓦，涵蓋生活中多方面場合。

GB20943的能效標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)與歐盟COC V5以及美國DoE VI的先進(jìn)能效標(biāo)準(zhǔn)保持同步，一方面可以促進(jìn)國產(chǎn)電源產(chǎn)品效率與國際水平接軌，提升產(chǎn)品競爭力。另外一方面可以與國際間標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)相互認(rèn)可，降低貿(mào)易壁壘。并且更新的標(biāo)準(zhǔn)為企業(yè)制訂了節(jié)能目標(biāo)，引領(lǐng)行業(yè)健康有序發(fā)展。

GB20943標(biāo)準(zhǔn)為強(qiáng)制性要求，對電源的轉(zhuǎn)換效率和待機(jī)功耗均進(jìn)行了限定。限定了電源的最低轉(zhuǎn)換效率以及最高的待機(jī)功耗，限制高耗能電源產(chǎn)品的生產(chǎn)，加快落后產(chǎn)品淘汰。并引導(dǎo)電源廠商生產(chǎn)高能效、低損耗的高性能電源產(chǎn)品，以提升消費(fèi)者的節(jié)能意識(shí)，并促進(jìn)電源行業(yè)正常、健康發(fā)展。

近年來快充以及第三代半導(dǎo)體的發(fā)展，快充支持多種電壓輸出，并且手機(jī)電荷泵直充需要充電器能夠隨時(shí)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)電壓輸出，充電器有多個(gè)特征超出了協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)范圍。以及經(jīng)濟(jì)發(fā)展人民群眾生活水平的提升，智能手機(jī)、筆記本電腦得到廣泛普及。

GB20943-2013中，對于快充和計(jì)算機(jī)的電源標(biāo)準(zhǔn)沒有做出規(guī)定。隨著時(shí)代的發(fā)展，手機(jī)快充和個(gè)人智能終端得到突飛猛進(jìn)的發(fā)展，電源的數(shù)量和輸出功率都有了重大提升。新版標(biāo)準(zhǔn)有望將這些電源囊括在內(nèi)，制訂相關(guān)的強(qiáng)制性國家標(biāo)準(zhǔn)。

電源能效中國強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn)的升版，對于國內(nèi)消費(fèi)者來說，可以大幅簡化充電器的選購流程，滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)即可購買。對于電源廠商，滿足國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)等同于通過了國際的能效標(biāo)準(zhǔn)，可降低認(rèn)證費(fèi)用。

GB與GB/T區(qū)別

兩者是有明顯區(qū)別的，GB為強(qiáng)制性國家標(biāo)準(zhǔn)，GB/T為推薦性國家標(biāo)準(zhǔn)。

強(qiáng)制性國家標(biāo)準(zhǔn)是國家通過法律的形式明確要求對于一些標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的技術(shù)內(nèi)容和要求必須執(zhí)行，不允許以任何理由或方式加以違反，變更。

強(qiáng)制性國家標(biāo)準(zhǔn)具有法律屬性。強(qiáng)制性國家標(biāo)準(zhǔn)一經(jīng)頒布，必須貫徹執(zhí)行。

推薦性國家標(biāo)準(zhǔn)則不強(qiáng)制廠商和用戶使用，而通過經(jīng)濟(jì)手段或市場調(diào)節(jié)促使資源采用的國家標(biāo)準(zhǔn)，不具有強(qiáng)制性。

充電器如何提升能效

充電器的能效提升，實(shí)際上就是更新技術(shù)應(yīng)用在充電器上的進(jìn)程，如充電器能耗分布、第三代半導(dǎo)體、高效電源架構(gòu)等新技術(shù)應(yīng)用在充電器上，提高了充電器的轉(zhuǎn)換效率和發(fā)熱，從而減小充電器的體積與散熱需求。

充電器能耗分布

充電器能耗分布，從輸入來看的話，主要可以分成輸入端整流橋的損耗、初級開關(guān)管的開關(guān)損耗，變壓器磁損+銅損、整流損耗，提高能效的方式就是降低各個(gè)環(huán)節(jié)的損耗，提高效率。

第三代半導(dǎo)體

第三代半導(dǎo)體如氮化鎵，適合于高頻開關(guān)，沒有反向恢復(fù)電荷的同時(shí)，還具有極低的導(dǎo)阻，應(yīng)用在充電器中，有效降低了開關(guān)損耗和傳導(dǎo)損耗。氮化鎵開關(guān)管相比傳統(tǒng)硅MOS管沒有體二極管，也就沒有體二極管儲(chǔ)存電荷，在高速開關(guān)時(shí)無需為體二極管充放電，顯著降低了開關(guān)損耗，并且支持更高的開關(guān)頻率。

開關(guān)頻率的提升，可降低變壓器等器件的電感量，降低銅損，配合為高頻優(yōu)化的磁芯材料，可在縮小變壓器體積的同時(shí)提升變壓器的效率，配合氮化鎵器件的應(yīng)用，提高整體的轉(zhuǎn)換效率。

碳化硅二極管也屬于第三代半導(dǎo)體，相比普通快恢復(fù)二極管，具有零反向恢復(fù)電流。使用在PFC升壓整流中，更優(yōu)秀的反向恢復(fù)時(shí)間能夠大幅降低開關(guān)損耗，降低溫升，并降低EMI。

《中華人民共和國國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十四個(gè)五年規(guī)劃和2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要》，其中“集成電路”領(lǐng)域，特別提出碳化硅、氮化鎵等寬禁帶半導(dǎo)體，也就是行業(yè)人士關(guān)注的第三代半導(dǎo)體要取得發(fā)展。

高效電源架構(gòu)

傳統(tǒng)開關(guān)電源主流為反激拓?fù)?，反激拓?fù)湫枰褂秒娮桦娙莺投O管組成的RCD吸收回路，來吸收變壓器的漏感能量，準(zhǔn)諧振反激通過利用開關(guān)管的Coss既輸出電容儲(chǔ)存的能量，與變壓器產(chǎn)生諧振，在開關(guān)管上儲(chǔ)存的能量最小時(shí)控制開關(guān)管開通，降低Coss所帶來的效率損耗。

高頻QR在準(zhǔn)諧振反激的基礎(chǔ)上，采用谷底開通以降低開關(guān)損耗，支持更高的工作頻率。在輕載下跳周期和突發(fā)模式運(yùn)行，可提高轉(zhuǎn)換效率。近年來有多款合封氮化鎵器件量產(chǎn)并已大量應(yīng)用，利用氮化鎵的性能優(yōu)勢，進(jìn)一步提高電源性能，滿足高性價(jià)比和寬范圍輸出，同時(shí)具有非常優(yōu)秀的待機(jī)消耗。

ACF主動(dòng)鉗位反激拓?fù)涫且豢钚滦问降姆醇ね負(fù)?，通過增加一只鉗位開關(guān)管配合電容，將傳統(tǒng)反激RCD吸收電路中耗散的漏感能量儲(chǔ)存起來。在主開關(guān)管開通之前，控制鉗位開關(guān)管導(dǎo)通，將電容中儲(chǔ)存的能量釋放給變壓器，將初級反向勵(lì)磁，從而實(shí)現(xiàn)主開關(guān)管的ZVS開關(guān)，而提高轉(zhuǎn)換效率。除此之外還有通過增加輔助繞組等方式實(shí)現(xiàn)主開關(guān)管的ZVS開關(guān)，并支持寬范圍輸出。

LLC屬于雙管半橋諧振，采用諧振電感、勵(lì)磁電感和諧振電容串聯(lián)，故名LLC。具有工作頻率高、損耗小、效率高、體積小的優(yōu)點(diǎn)，可提高充電器功率密度。其諧振操作可實(shí)現(xiàn)全負(fù)載范圍的軟開關(guān)，減小開關(guān)損耗。從而成為高頻和高功率密度設(shè)計(jì)的理想選擇，適合固定電壓輸出，EMI特性更好。

未來電源還有AHB、圖騰柱等新技術(shù)的應(yīng)用、普及。

主動(dòng)橋式整流

近年來，隨著充電器功率的不斷提升，體積越來越小，輸入端整流橋的發(fā)熱也愈發(fā)明顯。在充電頭網(wǎng)的拆解中，發(fā)現(xiàn)了部分充電器在內(nèi)部使用了主動(dòng)橋式整流代替?zhèn)鹘y(tǒng)整流橋。主動(dòng)橋式整流與同步整流原理相同，使用低導(dǎo)阻的MOS管代替整流二極管，消除整流二極管上的壓降損耗。

同步整流

在充電器中，使用同步整流，控制超低導(dǎo)阻的MOS管代替肖特基二極管整流，能夠有效避免輸出電流在肖特基二極管壓降造成的損耗，降低整流損耗，這也是人們最早使用的一種提高能效的方式。

哪些企業(yè)參加了標(biāo)準(zhǔn)起草

GB20943標(biāo)準(zhǔn)由中國標(biāo)準(zhǔn)化研究院、深圳市航嘉馳源電氣股份有限公司、中國長城計(jì)算機(jī)深圳股份有限公司、威凱檢測技術(shù)有限公司、國家電子計(jì)算機(jī)質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心、中國賽寶實(shí)驗(yàn)室、上海市質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)技術(shù)研究院、松下萬寶美健生活電器(廣州)有限公司、同方股份有限公司、索尼(中國)有限公司、愛普生(中國)有限公司、尼康映像儀器銷售(中國)有限公司北京分公司等業(yè)界知名企業(yè)起草。

其中，深圳市瓦特源檢測研究有限公司整理了充電器能效數(shù)據(jù)進(jìn)行充分比對分析，為能效新國標(biāo)立項(xiàng)提供有效數(shù)據(jù)支撐。

總結(jié)

電源能效強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn)升版將對傳統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)中過時(shí)的特征進(jìn)行修改，擴(kuò)展標(biāo)準(zhǔn)對應(yīng)的充電器品類。有望加入電源適配器、PC電源以及服務(wù)器電源等千瓦功率以下的設(shè)備內(nèi)外部電源，將這些廣泛應(yīng)用的電源納入國家強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn)范圍，落實(shí)電源行業(yè)中的碳達(dá)峰和碳中和。

升版后的電源能效強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn)將成為新的電源行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，對第三代半導(dǎo)體應(yīng)用產(chǎn)生積極影響，同時(shí)也拉動(dòng)新型電源架構(gòu)的百花齊放，加速半導(dǎo)體企業(yè)在電源新技術(shù)上的研發(fā)投入。從技術(shù)上實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排，響應(yīng)低碳號召，帶動(dòng)產(chǎn)業(yè)升級。

我國是出口大國，世界上絕大多數(shù)消費(fèi)類電子產(chǎn)品均由我國生產(chǎn)，具有完整的上下游產(chǎn)業(yè)鏈。電源能效強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn)升版，將對電源產(chǎn)品的種類以及能效和待機(jī)功耗等參數(shù)進(jìn)行詳細(xì)規(guī)定。等同于通過我國能效標(biāo)準(zhǔn)的電源，也通過了對應(yīng)歐美的電源能效標(biāo)準(zhǔn)，可實(shí)現(xiàn)國際標(biāo)準(zhǔn)互認(rèn)，降低貿(mào)易壁壘。