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焦點案例

低碳產品設計:「提高能效」與「降低能耗」雙軌並行

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以降低環境影響為目標

Moxa 身為工業互聯網領導品牌,為了讓客戶在使用 Moxa 的產品可以降低因產品使用對於環境造成的影響。因此在產品節能設計上,採取了「提高能源使用效率」及「降低產品能源消耗」兩大行動。

行動方案 1. 提高能源使用效率

Moxa 設有電源與保護部門,以下簡稱 Power Team,主責研究電路架構和元件知識,藉此建立 Moxa 在電源和保護技術方面的核心競爭力,為 Moxa 產品提供高可靠性和高品質的電源解決方案。

因應產品能耗提升及小型化趨勢,「發展高轉換效率及小型化電源」為 Power Team 近年來的發展重點。2020 年,Power Team 開發「高效率電源模組」,藉由導入高效率電源轉換架構、平板變壓器設計和第三代半導體元件氮化鎵 (Gallium Nitride,以下簡稱 GaN) 功率元件,實現高轉換效率及小型化電源的目標。

「高效率電源模組」三大開發重點:

1. 高效率電源轉換架構:

選用零電壓切換技術 (Zero-voltage switching,簡稱 ZVS) 或又稱柔性切換 (Soft Switching) 技術的電源架構,以減少開關切換損失,提高電源效率。

2. 平板變壓器設計導入:

平板變壓器具備外型小巧、高耦合性、漏電感低、散熱性佳等優點,相較傳統變壓器,提供產品設計上絕佳的靈活性,可應用於小型化產品但同時具備高電源轉換效率。

3. 使用第三代半導體元件 GaN:

相較傳統的電源供應器,第三代半導體氮化鎵 GaN 功率元件,具備更快切換速度、可更有效傳導電子,因此目前 GaN 功率元件已成為生成 AI 以及資料中心、電子通訊設備的新選擇,Moxa 也藉由導入 GaN 功率元件提升電源轉換效率。

目前 Moxa Power Team 已開發 3 款高效率電源模組,平均電源轉換效率優於目前業界水準。在實際應用上,Moxa 所開發的 DC-DC30W 寬輸入電源模組平均效率高達 91%、DC-DC 75W 寬輸入電源模組其平均效率也高達 90%。除此之外,採用第三代半導體 GaN 功率元件之 AC-DC 65W 電源模組平均效率更高達 91.8%。

除上述高效率電源模組開發外,Power Team 亦取得電源節能專利,其目的為降低系統電源廢熱及節省能源成本。

行動方案 2. 降低產品能源消耗

除產品電源轉換效率提升以外,降低產品本身能源消耗也是達到節能減碳的重點方向。Moxa 也將產品節能思維帶入產品設計,以下為 Moxa 產品降低能耗的實際導入案例。

案例 1. 低能耗 USB 轉串列轉換:

Moxa 所研發的新款 USB 轉串列轉換器 (UPort 1200/1400/1600-G2 系列 ),為針對沒有串列埠的筆記型電腦或是工作站電腦所設計的絕佳配件。第二代 (G2) USB 轉串列轉換器採用新一代應用積體電路及優化電源架構,下表呈現讓客戶在同樣使用 USB 2.0 傳輸速度下情境下,第二代 (G2) USB 轉串列轉換器相較第一代產品,節省約 47~67% 能源消耗。

產品名稱 第一代 (G1) 能耗 第二代 (G2) 能耗 能耗節省
UPort 1250 1.8W, USB 0.8625 W 52%
UPort 1250I 2.4W, DC 1.265 W 47%
UPort 1450 3.12W, DC 1.33 W 57%
UPort 1450I 4.32W, DC 2.225 W 48%
UPort 1650-8 6.96W, DC 2.33 W 67%

案例 2. 工業級平板電腦和顯示器全面導入光學貼合:

Moxa 工業級平板電腦和顯示器於 2022 年起已全面採用光學貼合設計方式,與過往口字膠貼合方式相比,雖然製造成本略微上升,但此優勢帶來的低反射率,讓 LCD 背光維持高亮度需求下,還能同步減少約 10% 能耗。

案例 3. 工業級面板電腦 MPC-2121 系列產品採自動背光調整設計:

在過往產品設計,客戶必須自行依環境調整 LCD 亮度。Moxa MPC-2121 系列工業級面板電腦將亮度感測器導入於產品內,透過亮度感測器的偵測,LCD 顯示會根據環境亮度來自動調整亮度,以產生最適合人眼觀看的亮度並且達到節能效果。

案例4. 工業級非網管型交換器 EDS-G205、EDS-G308 系列產品支援高效節能乙太網路 (IEEE 802.3az) 標準:

Moxa 工業級非網管型交換器 EDS-G205 及 EDS-G308 系列產品皆支援由電子電氣工程師協會 (IEEE) 所制定的高能效乙太網路機制標準 - IEEE 802.3az Energy Efficient Ethernet (EEE)。當產品需傳輸的資料量較低時,設備可進入低電力閒置模式降低交換器的能耗。下表為 EDS-G205 及 EDS-G308 系列產品戶開啟 EEE 機制時的能耗表現,可節省能耗達 42%~57%。

案例產品 EEE 關閉 EEE 開啟 能耗節省
EDS-G205 系列 3.374 W 1.446 W 57%
EDS-G308 系列 6.822 W 3.957 W 42%

案例 5. 特殊節能與省電模式設計:

Moxa 以客為尊,產品可依據客戶使用情境設定待機模式達到節能效果,如 Moxa Arm 電腦 UC-3100 系列其智慧閘道具備 MCU 控制電源功能,即可透過行動網路 LTE 啟動或關閉 CPU 電源。除此之外,Moxa OnCell G4302-LTE4 系列行動通訊路由器具備電源管理以及喚醒時間排程功能,管理人員可控制產品電量使用狀況。當產品進入待機模式時,能耗從 2.8W 降至僅 70 mW,以節省客戶維運成本。

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