氣候變化帶來的影響已顯而易見：反季節(jié)熱浪、非正常降雪、持續(xù)數(shù)周降雨，以及足以將百年老樹連根拔起的強(qiáng)風(fēng)暴。許多人都希望減少自身碳排放，卻常覺得個人貢獻(xiàn)微不足道。然而，正如一個人拿著沙袋無法阻擋洪水，數(shù)百萬人齊心協(xié)力卻能防范大規(guī)模災(zāi)害。無論多么微小的行動，一旦積少成多，便會產(chǎn)生巨大影響。

線性穩(wěn)壓器：簡單設(shè)計背后隱藏的低效問題

電壓調(diào)節(jié)領(lǐng)域的案例恰好能印證這一原則。工業(yè)直流電源的輸出電壓通常為 24 V或 12 V，而大多數(shù)控制電路的工作電壓卻在 3.3 V或更低。要填補(bǔ)這一電壓差距，就需要穩(wěn)壓器進(jìn)行降壓處理。線性穩(wěn)壓器是最簡單、最常用的解決方案，已集成到無數(shù)電子系統(tǒng)中。

線性穩(wěn)壓器的電路實(shí)現(xiàn)十分簡便，通常只需接入輸入、接地和輸出三個端口。但這種簡便性背后隱藏著一個重大缺陷：線性穩(wěn)壓器本質(zhì)上相當(dāng)于一個可變電阻，會將輸入與輸出的電壓差以熱量形式耗散掉，這會造成大量能量浪費(fèi)。

示例：

? 輸入電壓：24 V → 輸出：3.3 V / 300 mA

? 輸出功率：1 W

? 輸入功率：7.4 W

? 以熱量形式浪費(fèi)的功率：6.4 W

? 效率：約 13.5%

這意味著，每輸出 1 W有效功率，就會有超過 6 W的功率以熱量形式被浪費(fèi)。即便在中等負(fù)載下，也通常需要散熱器來處理這些浪費(fèi)的熱量。

開關(guān)穩(wěn)壓器：更具可持續(xù)性的解決方案

開關(guān)穩(wěn)壓器是一種效率更高的替代方案。這類設(shè)備通過快速切換功率晶體管的導(dǎo)通與關(guān)斷狀態(tài)，維持所需的輸出電壓，且能量浪費(fèi)顯著減少。由于晶體管僅在切換瞬間會產(chǎn)生明顯熱量，而在完全導(dǎo)通或完全關(guān)斷狀態(tài)下幾乎不產(chǎn)生熱量，因此效率大幅提升。

示例：

? 輸出功率：1 W

? 輸入功率：1.2 W

? 功率損耗：0.2 W

? 效率：約 83%

得益于極低的功率損耗，即便在環(huán)境溫度高達(dá) 90°C 的情況下，也無需使用散熱器。

待機(jī)功耗及其長期影響

開關(guān)穩(wěn)壓器的另一大優(yōu)勢是待機(jī)功耗低。線性穩(wěn)壓器的內(nèi)部輔助電路無論負(fù)載如何，通常都會消耗約 8 mA電流；而開關(guān)穩(wěn)壓器在閑置狀態(tài)下的電流需求通常僅為 1 mA左右。

這種差異在長期處于待機(jī)模式的設(shè)備中尤為關(guān)鍵，例如車庫門開啟器 —— 這類設(shè)備每天的實(shí)際工作時間很短。對于線性穩(wěn)壓器而言，每年的待機(jī)功耗可累計達(dá)到約 1.75 kWh；而在相同場景下，開關(guān)穩(wěn)壓器的能耗可能僅為前者的 1/8，能顯著減少不必要的電力消耗。

此外，現(xiàn)代開關(guān)穩(wěn)壓器在設(shè)計上可直接替換老舊的線性穩(wěn)壓器，因此無需對現(xiàn)有系統(tǒng)進(jìn)行大幅改造，即可升級為更具可持續(xù)性的設(shè)計。

總擁有成本（TCO）考量：案例研究

從單位采購成本來看，開關(guān)穩(wěn)壓器通常高于線性穩(wěn)壓器。但如果將散熱器、導(dǎo)熱膏、安裝硬件及組裝人工等成本納入考量，開關(guān)穩(wěn)壓器解決方案的總體成本往往更低。

以下以某制造商開發(fā)的獨(dú)立式指紋識別門禁系統(tǒng)為例（該系統(tǒng)含備用電池及 IP67 防護(hù)等級外殼），具體分析兩類方案的成本差異：

線性穩(wěn)壓器方案（含散熱器）：

? 指紋識別模塊 + 微控制器：30.00 美元

? 穩(wěn)壓器（2 個）+ 散熱器：1.30 美元

? 電磁線圈：10.00 美元

? 充電器：10.00 美元

? 12 安時電池：10.00 美元

? 外殼：4.00 美元

? 總成本：65.30 美元

該設(shè)計存在一個問題：密封外殼內(nèi)部易出現(xiàn)過熱現(xiàn)象。盡管增加了并聯(lián)穩(wěn)壓器和散熱器，但系統(tǒng)仍頻繁發(fā)生熱關(guān)斷故障。

開關(guān)穩(wěn)壓器方案：

? 指紋識別模塊 + 微控制器：30.00 美元

? 開關(guān)穩(wěn)壓器：3.00 美元

? 電磁線圈：10.00 美元

? 充電器：8.00 美元

? 12 安時電池：8.00 美元

? 外殼：4.00 美元

? 總成本：63.00 美元

此次重新設(shè)計不僅降低了成本，還確保了系統(tǒng)在高溫環(huán)境下的穩(wěn)定運(yùn)行。

通過更智能的電源選擇方案，以此減少碳足跡

盡管開關(guān)穩(wěn)壓器的單位成本可能更高，但其更高的效率降低了整個系統(tǒng)的配置需求。在上述案例中，改用開關(guān)穩(wěn)壓器后，可使用更小規(guī)格的充電器和電池，同時仍能維持 24 小時備用供電能力。最終實(shí)現(xiàn)了三大優(yōu)勢：更低的運(yùn)行成本、更緊湊的組件尺寸，以及更輕的運(yùn)輸重量 —— 這些都有助于減少碳足跡。

更重要的是，該系統(tǒng)還避免了熱應(yīng)力問題，從而保護(hù)指紋識別模塊等敏感組件免受損壞。

結(jié)語：積少成多，聚沙成塔

采用高效的電源解決方案，既能降低環(huán)境影響，又能減少系統(tǒng)成本。效率更高、待機(jī)功耗更低的設(shè)備，這不僅對地球環(huán)境有益，還能為企業(yè)在市場中帶來明顯的競爭優(yōu)勢。

我們致力于設(shè)計兼具可持續(xù)性與成本效益的電源產(chǎn)品。盡管這需要精心的工程設(shè)計和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)慕M件選型，但最終成果值得付出努力。

氣候調(diào)節(jié)無法僅憑一家企業(yè)或一個人的力量，需要我們攜手合作，研發(fā)出可持續(xù)、更節(jié)能的技術(shù)。我們邁出的每一小步，都至關(guān)重要。