Na poti k varčevanju z energijo

Eden izmed bolj zanimivih trendov, ki se v tem trenutku pojavljajo v elektronski industriji, je gibanje v smeri oblikovanja proizvodov na način, ki je okolju prijazen.

Zveneča imena kot so Carbon Neutral, Sustainable Design in Eco-design so šele pred kratkim vstopila v besednjak oblikovalcev. V bližnji prihodnosti smemo pričakovati, da bo energetska učinkovitost postala prav tako pomemben dejavnik, kot sta na primer uspešnost in stroški v tem trenutku.

Koncept trajnostnega načrtovanja, ki se je začel, ni zamišljen v smislu ohranjanja okolja, ampak, podaljšanja življenjske dobe baterij v prenosnih napravah široke porabe, kot so mobilni telefoni, prenosni računalniki in dlančniki. Veliko konceptov, ki so bili razviti za te naprave, je sedaj prešlo tudi na druge aplikacije, vključno z naprednim upravljanjem porabe energije in LED osvetlitev.

Obstaja veliko razlogov, da so se ti koncepti pojavili tudi pri razvoju sodobnih izdelkov, vendar je verjetno zakonodaja ena od najpomembnejših. Ta je prvotno zajemala samo prepoved uporabe določenih snovi in odstranjevanje električne opreme po preteku njene življenjske dobe. Vendar so bili kasneje sprejeti novi predpisi, ki se bodo še dopolnjevali in bodo prepovedovali še več snovi in celo urejali nekatere vidike dejanskega razvoja izdelkov.

RoHS, WEEE, REACH in New Batteries Directive zadevajo prepoved škodljivih snovi in odstranjevanje opreme ob koncu življenjske dobe. EuP, ki je bila predstavljena avgusta lani, pa že zadeva samo načrtovanje in daje napotke za zagotavljanje njihove čim večje učinkovitosti. EuP poskuša zagotoviti skladnost med zakonodajami različnih držav EU in istočasno zagotoviti ustreznost proizvodov za prodajajo na celotnem območju EU.

Podrobno raziskovanje EuP uredbe presega namen tega članka, ker pa EuP zadeva boljšo učinkovitost naprav, je najprimernejši način za začetek izpolnjevanja te uredbe z načrtovanjem naprav, ki so čim bolj učinkovite.

Sekundarni razlogi

Hkrati s skladnostjo s predpisi je energetsko učinkovita zasnova lahko pomemben faktor pri sami prodaji izdelka, za katerega lahko trdimo, da bo cena izdelka poplačana s prihranjeno energijo v razmeroma kratkem delu uporabne življenjske dobe izdelka. Tretji pomembni razlog za upoštevanje učinkovitosti pri razvoju novih izdelkov je ta, da ljudje in institucije postajajo vse bolj zaskrbljeni zaradi velike porabe energije in se vse pogosteje odločajo za nakup izdelkov, s katerimi lahko prihranijo pri stroških za porabljeno energije. Nekatere institucije lahko celo podrobno opredelijo zahteve glede porabe energije kot pomembnejši del katerekoli ponudbe .

Dva glavna koncepta v smeri trajnostnega načrtovanja sta, da naprava za delovanje porabi čim manj moči in da traja čim dlje. Ta dva pojma sta med sabo zelo tesno povezana, saj bo izdelek, ki deluje bolj učinkovito, obdržal temperature v nekih minimalnih mejah in bodo zato vgrajeni sestavni deli manj izpostavljen toplotnim in električnim stresom, kar bo posledično podaljšalo življenjsko dobo izdelka. Sekundarna korist pri tem je, da bodo naprave z manjšim segrevanjem zahtevale manj, ali sploh nikakršnega temperaturnega nadzora in upravljanja. Število vgrajenih elementov se bo zmanjšalo, s tem pa tudi stroški.

Začetek načrtovanja trajnostnih izdelkov

Napajalni del naprav je po logiki prva izbrana enota za začetek postopka optimizacije učinkovitosti, ker je nepravilno napajanje tiskanih vezij in komponent še poslabšalo neučinkovito naravnano načrtovanje in obratno – dobro načrtovano napajanje bo zagotovilo učinkovitejše delovanje tudi tistih, slabo načrtovanih sklopov.

Oskrba z energijo

Prvi korak pri izdelavi učinkovitega napajalnega dela naprave je pridobiti pregled nad celotnim sistemom, čeprav so posamezne učinkovitosti napajalnika, pretvornikov ali regulacijskih elementov tudi zelo pomembni. Prav tako je pomembno zmanjšanje izgub in povečanje učinkovitosti izdelka v celoti. Različne arhitekture vgrajenih sistemov lahko prav tako pomembno vplivajo na celotno energetsko učinkovitost, zato je ključno, da jih skrbno izberemo že pri načrtovanju. Sodelovanje v obdobju razvoja izdelka, bodisi neposredno s proizvajalci elektronike ali z distributerji, ki lahko zagotavljajo tehnično podporo, lahko znatno prispeva k zagotavljanju optimalne oskrbe naprave z energijo.

Moduli ali diskretne komponente?

Proizvajalci ponujajo vrsto modulov, ki so med seboj tako prilagojeni, da s tem zagotovijo hiter in enostaven način načrtovanja učinkovite oskrbe naprave z električno energijo. Za izvedbo modularne rešitve morajo biti razvijalci pripravljeni na kompromis pri stroških, porabljenem prostoru in prilagodljivosti. Vendar takšni moduli predstavljajo posebno primerno rešitev pri majhnih in srednjih proizvodnih količinah.

Pri višjih proizvodnih količinah je primernejši razvoj namenskega napajanja z uporabo diskretnih komponent, ki lahko ponudi največje učinkovitosti, pri najnižjih stroških in najmanjšem možnem prostoru. Nekateri od največjih proizvajalcev komponent za naprave za oskrbo z energijo moči verige nenehno tekmujejo med sabo, da tržišču ponujajo najbolj učinkovite izdelke za celoten spekter končnih trgov. Zaznati je velik tehnični napredek na področju močnostne elektronike v zadnjih letih, ki je pripomogel k izboljšanju njihovih karakteristik vključno z večjo učinkovitostjo, boljšimi materiali in bolj inteligentnim upravljanjem.

Kaj je naslednji korak?

Ko je delovanje napajalnega sklopa optimalno, lahko isto tehniko uporabimo tudi na drugih delih naprave. Najprej naredimo splošni pogled na sistemski ravni, potem pa izvajamo spremembe na ravni sestavnih delov. Hitrost sistemskega takta je še eno od področij, kjer je mogoče marsikaj spremeniti. Veliko izdelkov deluje s previsokim sistemskim taktom in če bi bilo mogoče zmanjšati to hitrost, bi močno razširili število energetsko učinkovitih izdelkov. Posamezne komponente, kot so na primer mikroprocesorji in DSP-ji, je treba posebej preučiti, saj so navadno največji porabniki energije v sistemu, zato imamo z njimi možnost doseči največje prihranke. Obstaja širok razpon poceni mikroprocesorjev z nizko porabo, ki ob tem ne terjajo prevelikega kompromisa v učinkovitosti.