充电器能效要求,践行新标准充电器

效率重大升级！中国充电器能效新标准启动立项

【/S2/】2021年12月1日，我国电力能效强制性标准GB 20943已完成答辩会。这一标准升级预计将包括千瓦以下的内部和外部电源，如电源适配器、PC电源和服务器电源。下一阶段将在项目立项前进行公示。

能效标准的修订和升级是电力行业实施二氧化碳排放峰值和碳中和的重要措施。本标准由全国能源基础与管理标准化技术委员会(SAC/TC20)归口。

根据相关资料，GB 20943第一版于2007年出版，第二版于2013年升级，最后一次更新是在近10年前。

目前，电源市场的发展日新月异，特别是快充和第三代半导体的出现和普及，使得电源器件实现了从第一代半导体到第三代半导体的跨越式发展。

特别是在电源效率方面，二氧化碳峰值排放、碳中和的环保新理念得到了广泛认可，全球有数十亿的电源产品，尤其是手机充电器。

【/S2/】中国电源能效强制性标准GB 20943的发布实施，将有助于提高电力产品能效，减少碳排放。

现行GB 20943-2013《单通道输出交流-DC和交-交外接电源能效限定值和节能评价值》国家标准。规定了在220V、50Hz供电条件下，将交流电压转换为固定的、单通道低压DC(不大于36V)或低压交流(不大于36V)输出电压的外接电源的能效限定值、节能评价值、实验方法和检验规则。

功率范围方面，旧版GB 20943-2013标准仅适用于额定输出功率不大于250W的产品；新升级的标准有望将功率进一步提高到千瓦级，增幅可观，覆盖面更广。

该标准还定义了单输出交流DC外部电源的特性。

a .将交流电网电压转换成DC低电压

B.每次使用只提供一个固定的DC输出电压。

c、与用电负荷相匹配。

d、可与电气负载分开。

E.通过电线、电缆或其他永久性电线与终端产品连接。

F.没有配备任何电池。

根据标准中定义的特性，路由器电源、笔记本电脑电源、手机充电器、机顶盒电源、显示器电源等带电缆、固定电压输出的常用电源均适用于本标准。

现行标准中的能效限定值是强制性要求，规定了电力产品的平均电力能效限定值，不同的输出电源有不同的平均能效限定值。

值得一提的是，新GB20943标准在能效方面有望进一步提升。

节能评价值为推荐性要求，提高能效限定值的最小平均效率。当产品的平均效率达到或超过规定的节能评价值时，可以由节能产品认证机构评定为节能产品。

作为强制性国家标准，GB20943也规定了检验规则。对于终端产品，将能效限定值作为产品检验项目，能效限定值检验不合格的产品不允许出厂。

行业重要性

强制性充电器能效标准的升级与当前二氧化碳排放峰值和碳中和密切相关。升级后的GB20943标准有望囊括所有kW以下的内部电源，如电源适配器、PC电源、服务器电源等，并将传统标准中250W的功率扩展至kW，覆盖生活中的诸多场合。

GB20943能效标准与欧盟COC V5和美国DoE VI的先进能效标准保持同步。一方面可以促进国内电力产品效率与国际接轨，提升产品竞争力。另一方面可以实现与国际标准的互认，减少贸易壁垒。更新后的标准为企业设定了节能目标，引领行业健康有序发展。

GB20943是强制性要求，限制了电源的转换效率和待机功耗。限制电源最低转换效率和最高待机功耗，限制高能耗电源产品生产，加快淘汰落后产品。并引导电力生产企业生产高能效、低损耗的高性能电力产品，从而增强消费者的节能意识，促进电力行业的正常健康发展。

近年来，随着快充和第三代半导体的发展，快充支持多种电压输出，手机电荷泵直接充电需要充电器随时动态调整电压输出。充电器的许多特性超出了协议的标准范围。随着经济的发展和人民生活水平的提高，智能手机和笔记本电脑得到了广泛的普及。

在GB20943-2013中，没有对快充和电脑电源标准的规定。随着时代的发展，手机快充和个人智能终端有了突飞猛进的发展，电源数量和输出功率都有了很大的提高。新版标准有望将这些电源纳入其中，并制定相关强制性国家标准。

对于国内消费者来说，我国能效强制性标准升级版可以大大简化充电器的购买流程，达到相关标准后即可购买。对于电源厂商来说，达到国内标准就相当于通过了国际能效标准，可以降低认证成本。

GB和GB/T之间的差异

两者有明显的区别。GB是强制性国家标准，GB/T是推荐性国家标准。

强制性国家标准是国家明确要求部分标准中规定的技术内容和要求必须通过法律来执行，不得以任何理由和方式违反或改变。

强制性国家标准具有法律属性。强制性国家标准一经颁布，就必须执行。

推荐性国家标准对制造商和用户不具有强制性，而通过经济手段或市场调节促进资源利用的国家标准不具有强制性。

充电器如何提高能效

充电器能效的提升，其实就是把更新的技术应用到充电器上的过程。例如，充电器的能耗分配、第三代半导体、高效电源架构等新技术应用于充电器，提高了充电器的转换效率和发热量，从而降低了充电器的体积和散热要求。

充电器能耗分布

从输入的角度来看，充电器的能耗分布主要可以分为输入整流桥的损耗、初级开关管的开关损耗、变压器的磁损+铜损、整流损耗。提高能效的方法就是减少各个环节的损耗，提高效率。

第三代半导体

第三代半导体，如氮化镓，适合高频开关。它没有反向恢复电荷，同时具有非常低的电导。应用于充电器中，有效降低开关损耗和传导损耗。与传统的硅MOS晶体管相比，氮化镓开关晶体管没有体二极管，所以没有体二极管来存储电荷。高速开关时，无需对体二极管进行充放电，显著降低开关损耗，支持更高的开关频率。

随着开关频率的提高，可以降低变压器等器件的电感，降低铜损。采用高频优化磁芯材料，可以减小变压器的体积，同时提高变压器的效率。氮化镓器件的应用，可以提高整体转换效率。

碳化硅二极管也属于第三代半导体，与普通快恢复二极管相比反向恢复电流为零。在PFC升压整流中，更好的反向恢复时间可以大大降低开关损耗、温升和EMI。

《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划纲要》和2035年远景目标中，在“集成电路”领域，特别提出要发展碳化硅、氮化镓等宽带隙半导体，也就是业内人士关注的第三代半导体。

高效电源架构

传统开关电源的主流是反激拓扑，需要电阻电容和二极管组成的RCD吸收回路吸收变压器的漏电感能量。准谐振反激利用开关管的Coss输出电容储存的能量，与变压器谐振，在开关管储存的能量最小时控制开关管导通，减少Coss带来的效率损失。

QR在准谐振反激的基础上，采用谷值开关，降低开关损耗，支持更高的工作频率。转换效率可以通过在轻负载跳变周期和突发模式下工作来提高。近年来，许多密封氮化镓器件已经批量生产并广泛使用。利用氮化镓的性能优势，进一步提高电源的性能，满足高性价比和宽输出范围的要求，同时具有优异的待机消耗。

有源箝位反激拓扑是一种新型反激拓扑。通过添加具有电容器的箝位开关，可以存储传统反激式RCD吸收电路中耗散的漏电感能量。在主开关管开通前，控制箝位开关管导通，将存储在电容中的能量释放给变压器，原边反向励磁，实现主开关管的ZVS开关，提高转换效率。另外，主开关管的ZVS开关是通过增加辅助绕组实现的，支持宽输出范围。

LLC属于双管半桥谐振，采用谐振电感、激励电感和谐振电容串联，故名LLC。它具有工作频率高、损耗低、效率高、体积小的优点，可以提高充电器的功率密度。其谐振工作可以实现全负载范围的软开关，降低开关损耗。因此是高频高功率密度设计的理想选择，适合固定电压输出，具有更好的EMI特性。

未来，AHB、图腾柱等新技术将得到应用和推广。

有源桥式整流器

近年来，随着充电器功率的不断提高，体积越来越小，输入整流桥发热越来越明显。在拆除充电头网络的过程中，发现部分充电器采用有源桥式整流器，而不是传统的整流桥。有源桥式整流器的原理与同步整流器相同。用低电导MOS管代替整流二极管，以消除整流二极管上的压降损失。

同步整流

在充电器中，用同步整流和超低电导电阻的MOS管代替肖特基二极管整流，可以有效避免肖特基二极管压降造成的输出电流损失，降低整流损耗，这也是最早的提高能效的方法。

哪些企业参与了标准起草工作

GB20943标准由中国标准化研究院、深圳市航嘉池源电气有限公司、中国长城计算机深圳有限公司、威凯测试技术有限公司、国家计算机质量监督检验中心、中国赛宝实验室、上海市质量监督检验技术研究院、松下万宝梅剑生活电器(广州)有限公司、同方股份有限公司、索尼(中国)有限公司、爱普生(中国)有限公司编制

其中，深圳瓦源测试研究有限公司整理了充电器能效数据进行充分对比分析，为能效新国标的建立提供了有效的数据支持。

摘要

强制性电源效率标准的升级将修改传统标准的过时功能，并扩展标准对应的充电器类别。希望用电源适配器、PC电源和服务器电源等连接设备的内部和外部电源。，并将这些广泛使用的电源纳入国家强制性标准范围，从而在电源行业实行二氧化碳排放峰值和碳中和。

升级后的电源能效强制性标准将成为新的电源行业标准，对第三代半导体的应用产生积极影响。同时，也将刺激新电源架构的开花结果，加速半导体企业对新电源技术的RD投资。从技术上实现节能减排，响应低碳的号召，促进产业升级。

中国是出口大国，世界上绝大多数消费电子产品都是中国生产的，中国有完整的上下游产业链。强制性能效标准的升级将规定电源产品的类型以及能效和待机功耗等参数。相当于通过了中国能效标准的电源，也通过了欧美相应的能效标准，可以实现国际标准互认，减少贸易壁垒。