中國充電器能效新標準啟動立項 助力提升電源能效減少碳排放量

2021年12月1日，電源能效中國強制標準GB 20943已經完成答辯會，本次標準升級有望納入電源適配器、PC電源、服務器電源等千瓦以下內外部電源，下一階段將進行立項前公示。

能效標準的改版升級是落實碳達峰、碳中和在電源行業重要舉措。該標準由全國能源基礎與管理標準化技術委員會(SAC/TC20)歸口。

通過查詢相關資料得知，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年時間。

當前電源市場發展日新月異，尤其是快充、第三代半導體的出現和普及，讓電源功率器件實現了從第一代半導體到第三代半導體的大跨越發展。

尤其是電源能效方面，碳達峰、碳中和新型環保理念獲得廣泛認可，電源產品尤其是手機充電器，全球保有量數十億只。

GB 20943新版電源能效中國強制標準的發布和推行，有助于提升電源產品能效，減少碳排放量。

現行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能評價值國家標準。規定了在220V、50Hz供電條件下將交流電壓轉換為固定的、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、節能評價值、實驗方法和檢驗規則。

在功率范圍方面，GB 20943-2013老版標準僅適用于額定輸出功率不大于250W的產品;而最新升級的標準，有望將功率進一步提升到千瓦級，提升幅度相當大，覆蓋范圍也更加廣泛。

標準還定義了單路輸出式交流-直流外部電源的特征。

a、將交流電網電壓轉換為直流低電壓

b、每次使用時只提供一個固定的直流輸出電壓

c、與用電負載配套使用

d、可與用電負載分離

e、通過電線、電纜或其他永久性連線與終端產品相連接

f、不配備任何電池。

根據標準中定義的特征，我們生活中常用的路由器電源、筆記本電腦電源、手機充電器、機頂盒電源、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準。

現行標準中能效限定值為強制性要求，其規定了電源類產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標準，能效方面，有望進一步提升。

節能評價值為推薦性要求，在能效限定值的最小平均效率上有所提升，當產品平均效率達到或者超過固定的節能評價值時，產品可被節能產品認證機構評定為節能產品。

作為強制性國家標準，GB20943還規定了檢驗規則。針對終端產品來說，能效限定值作為產品出場檢驗項目，能效限定值檢驗不合格的產品不允許出廠。

行業意義

充電器強制能效標準升版，與現行的碳達峰以及碳中和息息相關。升版后的GB20943標準，有望將電源適配器、PC電源、服務器電源等千瓦以下內部電源全部囊括在內，將傳統標準中250W功率拓展到千瓦，涵蓋生活中多方面場合。

GB20943的能效標準已經與歐盟COC V5以及美國DoE VI的先進能效標準保持同步，一方面可以促進國產電源產品效率與國際水平接軌，提升產品競爭力。另外一方面可以與國際間標準實現相互認可，降低貿易壁壘。并且更新的標準為企業制訂了節能目標，引領行業健康有序發展。

GB20943標準為強制性要求，對電源的轉換效率和待機功耗均進行了限定。限定了電源的最低轉換效率以及最高的待機功耗，限制高耗能電源產品的生產，加快落后產品淘汰。并引導電源廠商生產高能效、低損耗的高性能電源產品，以提升消費者的節能意識，并促進電源行業正常、健康發展。

近年來快充以及第三代半導體的發展，快充支持多種電壓輸出，并且手機電荷泵直充需要充電器能夠隨時動態調節電壓輸出，充電器有多個特征超出了協議的標準范圍。以及經濟發展人民群眾生活水平的提升，智能手機、筆記本電腦得到廣泛普及。

GB20943-2013中，對于快充和計算機的電源標準沒有做出規定。隨著時代的發展，手機快充和個人智能終端得到突飛猛進的發展，電源的數量和輸出功率都有了重大提升。新版標準有望將這些電源囊括在內，制訂相關的強制性國家標準。

電源能效中國強制標準的升版，對于國內消費者來說，可以大幅簡化充電器的選購流程，滿足相關標準即可購買。對于電源廠商，滿足國內標準等同于通過了國際的能效標準，可降低認證費用。

GB與GB/T區別

兩者是有明顯區別的，GB為強制性國家標準，GB/T為推薦性國家標準。

強制性國家標準是國家通過法律的形式明確要求對于一些標準所規定的技術內容和要求必須執行，不允許以任何理由或方式加以違反，變更。

強制性國家標準具有法律屬性。強制性國家標準一經頒布，必須貫徹執行。

推薦性國家標準則不強制廠商和用戶使用，而通過經濟手段或市場調節促使資源采用的國家標準，不具有強制性。

充電器如何提升能效

充電器的能效提升，實際上就是更新技術應用在充電器上的進程，如充電器能耗分布、第三代半導體、高效電源架構等新技術應用在充電器上，提高了充電器的轉換效率和發熱，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、初級開關管的開關損耗，變壓器磁損+銅損、整流損耗，提高能效的方式就是降低各個環節的損耗，提高效率。

第三代半導體

第三代半導體如氮化鎵，適合于高頻開關，沒有反向恢復電荷的同時，還具有極低的導阻，應用在充電器中，有效降低了開關損耗和傳導損耗。氮化鎵開關管相比傳統硅MOS管沒有體二極管，也就沒有體二極管儲存電荷，在高速開關時無需為體二極管充放電，顯著降低了開關損耗，并且支持更高的開關頻率。

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

碳化硅二極管也屬于第三代半導體，相比普通快恢復二極管，具有零反向恢復電流。使用在PFC升壓整流中，更優秀的反向恢復時間能夠大幅降低開關損耗，降低溫升，并降低EMI。

《中華人民共和國國民經濟和社會發展第十四個五年規劃和2035年遠景目標綱要》，其中“集成電路”領域，特別提出碳化硅、氮化鎵等寬禁帶半導體，也就是行業人士關注的第三代半導體要取得發展。

高效電源架構

傳統開關電源主流為反激拓撲，反激拓撲需要使用電阻電容和二極管組成的RCD吸收回路，來吸收變壓器的漏感能量，準諧振反激通過利用開關管的Coss既輸出電容儲存的能量，與變壓器產生諧振，在開關管上儲存的能量最小時控制開關管開通，降低Coss所帶來的效率損耗。

高頻QR在準諧振反激的基礎上，采用谷底開通以降低開關損耗，支持更高的工作頻率。在輕載下跳周期和突發模式運行，可提高轉換效率。近年來有多款合封氮化鎵器件量產并已大量應用，利用氮化鎵的性能優勢，進一步提高電源性能，滿足高性價比和寬范圍輸出，同時具有非常優秀的待機消耗。

ACF主動鉗位反激拓撲是一款新形式的反激拓撲，通過增加一只鉗位開關管配合電容，將傳統反激RCD吸收電路中耗散的漏感能量儲存起來。在主開關管開通之前，控制鉗位開關管導通，將電容中儲存的能量釋放給變壓器，將初級反向勵磁，從而實現主開關管的ZVS開關，而提高轉換效率。除此之外還有通過增加輔助繞組等方式實現主開關管的ZVS開關，并支持寬范圍輸出。

LLC屬于雙管半橋諧振，采用諧振電感、勵磁電感和諧振電容串聯，故名LLC。具有工作頻率高、損耗小、效率高、體積小的優點，可提高充電器功率密度。其諧振操作可實現全負載范圍的軟開關，減小開關損耗。從而成為高頻和高功率密度設計的理想選擇，適合固定電壓輸出，EMI特性更好。

未來電源還有AHB、圖騰柱等新技術的應用、普及。

主動橋式整流

近年來，隨著充電器功率的不斷提升，體積越來越小，輸入端整流橋的發熱也愈發明顯。在充電頭網的拆解中，發現了部分充電器在內部使用了主動橋式整流代替傳統整流橋。主動橋式整流與同步整流原理相同，使用低導阻的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。

哪些企業參加了標準起草

GB20943標準由中國標準化研究院、深圳市航嘉馳源電氣股份有限公司、中國長城計算機深圳股份有限公司、威凱檢測技術有限公司、國家電子計算機質量監督檢驗中心、中國賽寶實驗室、上海市質量監督檢驗技術研究院、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界知名企業起草。

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據進行充分比對分析，為能效新國標立項提供有效數據支撐。

總結

電源能效強制標準升版將對傳統標準中過時的特征進行修改，擴展標準對應的充電器品類。有望加入電源適配器、PC電源以及服務器電源等千瓦功率以下的設備內外部電源，將這些廣泛應用的電源納入國家強制標準范圍，落實電源行業中的碳達峰和碳中和。

升版后的電源能效強制標準將成為新的電源行業標準，對第三代半導體應用產生積極影響，同時也拉動新型電源架構的百花齊放，加速半導體企業在電源新技術上的研發投入。從技術上實現節能減排，響應低碳號召，帶動產業升級。

我國是出口大國，世界上絕大多數消費類電子產品均由我國生產，具有完整的上下游產業鏈。電源能效強制標準升版，將對電源產品的種類以及能效和待機功耗等參數進行詳細規定。等同于通過我國能效標準的電源，也通過了對應歐美的電源能效標準，可實現國際標準互認，降低貿易壁壘。