黑电节能：D类放大器和LED背光是关键技术
作者：美国PAM公司首席科学家茅于海 教授
来源：中国电子报、电子信息产业网
发布时间：2008-08-05 11:43
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电视屏幕越来越大，音响的瓦数越来越大，黑色家电的功耗也越来越大。节能的问题日益突出。
家电能耗占全国总能耗的15%%，家电节能是很重要的问题。然而，国内外关注的家电节能对象大多是白色家电(空调、冰箱、洗衣机、微波炉等)，而对黑色家电(电视机、音响等音视频产品)却很少有人提起节能问题。只有厂家打出“节能空调”的广告，而没有厂家打出“节能电视”的广告，难道黑色家电就不需要节能了吗？
黑电节能问题日益凸现
其实，黑色家电在工作时的节能是一个很重要的节能环节，因为黑色家电的每天工作时间通常要大于白色家电的工作时间。
黑色家电的主要能源消耗都是位于终端输出部位，也就是供眼睛观看的显示屏和供耳朵听的喇叭。原则上说，尺寸越大的显示屏越费电，声音越响的喇叭也越费电。而近年来，屏幕大于29英寸的电视机已经成为最畅销的电视产品，同样瓦数高于20瓦的音响也受到用户的欢迎。无论是CRT(显像管)显示终端还是液晶显示终端，其屏幕越大，消耗的电能也就越多。同样，在音频产品中，大功率音频放大器、家庭影院等所消耗的电能也很可观。
现在中国的电视机拥有量已经超过4.1亿台，如果每台电视机可节约10瓦电能，以每天收看3小时计算，每年可以节约45亿度电。这是一个非常可观的数字。再加上近年来黑色家电的性能越来越高，电视屏幕越来越大，音响的瓦数越来越大，黑色家电的功耗也越来越大，节能的问题日益突出。
黑色家电怎样才能在不降低使用性能的情况下，实现节电呢？
CRT节能：采用D类放大器
我国2007年生产电视机8807万台，其中七成是CRT电视，而我国现在正在使用的CRT监视器大约有6000万台。所以CRT的节能仍然是最重要的问题。
CRT的耗电主要是由屏幕大小决定的，屏幕越大，阳极电压也就越高，耗电也就越多。同时，屏幕越大所需要的偏转电流也就越大，在产生扫描锯齿波的电路方面，采取节能措施还是有很大潜力的。
虽然垂直偏转所需要的锯齿波电流完全由偏转角决定，但产生同样大小的锯齿波，所需要的功率是可节省的。目前几乎所有的垂直偏转放大器都是采用了AB类放大器，来对垂直偏转锯齿波进行功率放大。而这种AB类偏转放大器工作于线性状态，效率很低。通常在低输出时只有20%%-30%%的效率。因而，AB类的放大器需要很大的散热器来排热量。
现在市场上出现了一种新型的D类放大器，这种放大器使末级功率晶体管只工作在开关状态，就能把模拟信号放大，能达到80%%-90%%的效率。
把这种放大器应用到垂直偏转放大器以后，就可以节约很多能量。例如，一个AB类偏转放大器本来需要6.94瓦，而采用D类偏转放大器后只要2.94瓦，节约了4瓦功率。而另一个更大屏幕的垂直偏转电路，原来需要10.8瓦，采用D类放大器以后，就只需要4.6瓦，节省了6.2瓦。所以，平均来说，在一台电视机的垂直偏转里采用D类放大器以后，可以节约5瓦左右。
虽然5瓦不是一个很大的数字，但是目前国内CRT电视机数量达到4亿台，以平均每天使用3小时计算，每年可节约21.9亿千瓦时的电。采用CRT电脑显示器数量有6000万台，假定每天使用8小时，一年可以节省8.76亿千瓦时的电。而两者相加高达30.66亿千瓦时，其数字十分可观。
液晶节能：从显示屏背光下手
我国2007年生产液晶电视2600万台，其中，国内销量超过800万台。液晶电视最大的能耗是在显示屏的背光。
目前液晶电视大多数采用冷阴极荧光管(CCFL)作为背光。CCFL的发光效率较高，但由于它的光线是向四周发射，需要用反光镜把向后发射的光线反射回来，这样就会损失不少。而且，其彩色表现能力比较差，通常只有NTSC(即National Television System Committee，是国际电视标准委员会规定的彩色电视广播标准，以百分比为单位表示。这个指标表示显示设备能在各种色彩上显示到何种饱和度）标准的70%%-80%%。而它的更大的问题是环保问题——含有水银。欧盟的RoHS标准已经规定有关的电子产品不准含有水银。从2006年7月1日开始就不准进口，如果进口就要缴纳10美元的有害垃圾处理费。
目前LED的发光效率比较低，只有CCFL的2/3。不过，这种情况会随着LED发光效率的提高而改变。
最近采用“场顺序”的技术减少滤色片的光损耗，使得总发光效率提高1倍。而这种“场顺序”技术是CCFL无法实现的。2006年三星公司开发出了一款采用“场顺序”的无滤色片LED背光的32英寸液晶电视，其分辨率为1366×768，亮度为500cd/m2，对比度为1000∶1，色表现度可达NTSC的110%%，消耗电力为82瓦，为传统方式的60%%。另一款40英寸液晶电视LE40M91，其对比度可达10000∶1，色表现度可达NTSC的110%%。40英寸液晶电视如果采用CCFL，耗电170瓦，而采用LED背光，耗电只有100瓦，这就使得其耗电远远低于CCFL背光。
最近有厂商还推出了一种“区域亮度控制”技术，可根据画面的内容来控制亮度，这种技术只有采用LED背光才能实现。而采用这种技术以后，还可以进一步节能50%%以上。最近国内还有人提出一种称之为“基于蓝色背光的彩色LED显示”技术，可以省去彩色滤光片，从而实现节电。
总之，假定平均每台液晶电视可以节省电能50瓦，国内现有液晶电视拥有量大约为2000万台，如平均每天开机3小时，那么每年可以节约电10.95亿千瓦时。
音响节能：应用D类功放
我国迷你音响的拥有量约为1000万台，其平均功率输出为40瓦×2，迷你音响主要用来播放音乐，所以采用D类功放以后，其效率可以提高6倍。假定平均每周开机3小时，每年可以节约0.55亿度电。我国家庭影院拥有量超过1000万台。其平均功率输出为200瓦×2(包括5.1声道在内的平均值)，假定每周开机5小时，那么采用D类功放以后，每年可以节电4.586亿千瓦时。
当然在音响方面，这还是很不完全的估计。我国有极大数量的KTV(卡拉OK)包房和电影院，其音响的功率不小于家庭的音响总和。此外还有汽车音响，各种公共场所(火车站，汽车站，机场等)的播音，甚至于上5亿部的手机、上千万台的学习机、上百万台的游戏机、几十万台的对讲机等等，都可以采用D类功放。再加上降低各种电子设备和充电设备的待机功耗，节能的前景极其可观。
评论
黑电节能大有可为
茅于海
现在国际上都开始重视所有电器设备(包括黑色家电在内)的待机功耗。例如美国环保署出台了“能源之星”标准，电视机等的待机功耗只有3W。国际能源署(IEA)和欧盟相继制定了更严格的“1W计划”，即在2010年前将所有产品的待机功耗水平降到1W以下。欧盟还提议充电器的待机功耗低于0.1W，现遵从IEA 0.3W的建议。但是，大多数国家还没有关于黑色家电开机平均能耗的节能规定。
黑色家电的节能主要就是采用D类功放和LED背光。假如在黑色家电中全部改用高效率的D类放大器，那么，估计总共大约每年可以节电56.724亿千瓦时。同样假如所有的液晶屏背光全部改成高效率的LED背光，也可节电大约13.037亿千瓦时。两者相加为68.761亿千瓦时。
当然，要能够实现这样的节能，首先要制定黑色家电的节能标准。现在，虽然我们已经有了国家发改委和国家质检总局联合制定的《能源效率标识管理办法》，但是还没有落实到黑色家电。黑色家电到现在还没有贴上由国家统一认证的能效等级标志。这是首先要解决的问题。
同时，各黑色家电生产厂家也一定要认真对待黑色家电的节能问题。用户也要增强节能观念和素质，抵制没有节能标识的黑色家电。
黑电的节能需要政府、生产厂家、消费者三方面共同努力，希望在不久的将来，黑色家电也能够像白色家电一样，将节能问题深入人心，最大限度实现节能效果。
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