2021年12月1日，電源能效中國強制標準GB 20943已經(jīng)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(nèi)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(yè)重要舉措。該標準由全國能源基礎與管理標準化技術(shù)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(fā)展日新月異，尤其是快充、第三代半導體的出現(xiàn)和普及，讓電源功率器件實現(xiàn)了從第一代半導體到第三代半導體的大跨越發(fā)展。

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

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

現(xiàn)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(jié)能評價值國家標準。規(guī)定了在220V、50Hz供電條件下將交流電壓轉(zhuǎn)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(jié)能評價值、實驗方法和檢驗規(guī)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(chǎn)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(wǎng)電壓轉(zhuǎn)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(chǎn)品相連接

f、不配備任何電池。

根據(jù)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(xiàn)行標準中能效限定值為強制性要求，其規(guī)定了電源類產(chǎn)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(jié)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(chǎn)品平均效率達到或者超過固定的節(jié)能評價值時，產(chǎn)品可被節(jié)能產(chǎn)品認證機構(gòu)評定為節(jié)能產(chǎn)品。

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

行業(yè)意義

充電器強制能效標準升版，與現(xiàn)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(nèi)部電源全部囊括在內(nèi)，將傳統(tǒng)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(jīng)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(chǎn)電源產(chǎn)品效率與國際水平接軌，提升產(chǎn)品競爭力。另外一方面可以與國際間標準實現(xiàn)相互認可，降低貿(mào)易壁壘。并且更新的標準為企業(yè)制訂了節(jié)能目標，引領行業(yè)健康有序發(fā)展。

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

近年來快充以及第三代半導體的發(fā)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(tài)調(diào)節(jié)電壓輸出，充電器有多個特征超出了協(xié)議的標準范圍。以及經(jīng)濟發(fā)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(guī)定。隨著時代的發(fā)展，手機快充和個人智能終端得到突飛猛進的發(fā)展，電源的數(shù)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(nèi)，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(nèi)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(nèi)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(qū)別

兩者是有明顯區(qū)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(guī)定的技術(shù)內(nèi)容和要求必須執(zhí)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(jīng)頒布，必須貫徹執(zhí)行。

推薦性國家標準則不強制廠商和用戶使用，而通過經(jīng)濟手段或市場調(diào)節(jié)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(shù)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(gòu)等新技術(shù)應用在充電器上，提高了充電器的轉(zhuǎn)換效率和發(fā)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(huán)節(jié)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(tǒng)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(yōu)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(zhuǎn)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(yōu)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(jīng)濟和社會發(fā)展第十四個五年規(guī)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(yè)人士關注的第三代半導體要取得發(fā)展。

高效電源架構(gòu)

傳統(tǒng)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(chǎn)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(fā)模式運行，可提高轉(zhuǎn)換效率。近年來有多款合封氮化鎵器件量產(chǎn)并已大量應用，利用氮化鎵的性能優(yōu)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(yōu)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(tǒng)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(xiàn)主開關管的ZVS開關，而提高轉(zhuǎn)換效率。除此之外還有通過增加輔助繞組等方式實現(xiàn)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(lián)，故名LLC。具有工作頻率高、損耗小、效率高、體積小的優(yōu)點，可提高充電器功率密度。其諧振操作可實現(xiàn)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(shù)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(fā)熱也愈發(fā)明顯。在充電頭網(wǎng)的拆解中，發(fā)現(xiàn)了部分充電器在內(nèi)部使用了主動橋式整流代替?zhèn)鹘y(tǒng)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(yè)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(shù)有限公司、國家電子計算機質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心、中國賽寶實驗室、上海市質(zhì)量監(jiān)督檢驗技術(shù)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(yè)界知名企業(yè)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(shù)據(jù)進行充分比對分析，為能效新國標立項提供有效數(shù)據(jù)支撐。

總結(jié)

電源能效強制標準升版將對傳統(tǒng)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(nèi)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(yè)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(yè)標準，對第三代半導體應用產(chǎn)生積極影響，同時也拉動新型電源架構(gòu)的百花齊放，加速半導體企業(yè)在電源新技術(shù)上的研發(fā)投入。從技術(shù)上實現(xiàn)節(jié)能減排，響應低碳號召，帶動產(chǎn)業(yè)升級。

我國是出口大國，世界上絕大多數(shù)消費類電子產(chǎn)品均由我國生產(chǎn)，具有完整的上下游產(chǎn)業(yè)鏈。電源能效強制標準升版，將對電源產(chǎn)品的種類以及能效和待機功耗等參數(shù)進行詳細規(guī)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(xiàn)國際標準互認，降低貿(mào)易壁壘。