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| 电源与电源管理技术发展趋势 |
| 2008年7月2日 10:54
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随着节能、“绿色”电源和电子设备必须遵守强制性能效规范，以及便携装置小型化多功能的发展趋势，要求电源与电源管理必须提高电源效率、降低待机功耗、改善功率因数、高功率密度、高可靠性、高集成度、小尺寸、智能化、安全和低成本。
为了向读者介绍最新的电源与电源管理技术，本刊采访了一些著名公司，包括TI，NS，Fairchild，ON Semeconductor，Microchip，Maxim，Linear，Microsemi等公司，他们就电源与电源管理技术的发展趋势、创新技术，新产品及其应用、典型解决方案等发表了独特见解。下面是访谈录。
TI中国区高性能模拟产品业务开发经理张洪为：
更注重安全
今年以来一系列的安全事故发生了， 例如Sony电芯在Dell的笔记本上起火案例，知名手机厂商的手机电池相继爆炸等，中国政府发布了手机充电器强制性的法令。在半导体行业TI等相继发布侧重充电安全的保护芯片bq24316等，同时大幅提高了充电管理芯片的耐压，如bq24060，bq24085等内建过压保护，耐压高达26V以上。
更注重环保
中国政府发布的强制手机充电器法令另一个原因就是为了避免手机交流适配器的泛滥。低功耗待机电路的大幅度普及，功率因数校正电路的使用更加普遍。各公司相继开发下一代的功率因数校正电路，代表的就是TI的两相交错型PFC，UCC28060和UCC28070，前者是双相临界模式，后者是双相连续电流模式，还可以扩展到4相或更多相。两相或多相模式交替，不仅降低了纹波，减少单相系统的热应力，大大降低了系统磁性材料的体积， 而且降低了成本， 提高了可靠性。
更注重和系统的集成
单纯的电压变换不再是电源的市场热点。以最常见的白光LED驱动为例， TI 发布了TPS6116x系列，它的单输入调光控制可以自适应接受PWM，单总线指令，模拟电压等，极大的方便了液晶屏厂商的设计通用性。
更注重EMI
无线应用的普及化， EMI的要求不再仅仅是各种法规的要求，已经变成设计工程师的主动要求。以GPS应用为例， 代表市场前沿水平的159dB的灵敏度迫使系统设计师挑选最合适的DC-DC变换产品。TI的TPS6505x系列电源产品，把两路DC-DC做成同频反相，纹波在两相之间得到大部分的抵消，再加上可控上升沿技术，系统的整体EMI得到很大的抑制。辅以4个超过90dB电源抑制比(55dB, 5MHz)的LDO, 特别适合无线应用。
美国国家半导体亚太区电源管理产品市场营销经理吴志民说：
电源管理产品市场几个明显的发展趋势是：
处理器的供电电压不断下降，目前一般的降压转换器已无法为新一代的处理器提供高效率的电源供应。同步整流功能的电源供应系统便应运而生，而且开始大受欢迎。
无论是移动电话还是网络通信设备，其中采用的供电系统必须能够提供多个不同的供电电压，以便为不同的电路供电。电源管理单元不但可以解决供电问题，而且还可简化电路设计，缩小电路板体积，以及节省系统成本，因此电源管理技术的应用越趋普及。
由于数字电源管理技术可以延长电池寿命，有助于提高系统的能源效益，因此越来越多便携式电子产品以至耗电量较大的系统如数据中心与无线基站都采用数字电源管理技术。虽然目前这种技术成本较高，但由于环保法例越趋严厉，加上电费不断飙升，因此越来越多厂商考虑引进数字电源管理技术。
美国国家半导体是电源管理集成路市场上的领导者，一直致力为不同的市场板块提供各种高效的电源管理解决方案。
以电池供电的系统
美国国家半导体的能源管理单元(EMU)采用符合 PowerWise技术标准的自适应电压调整(AVS)技术，因此可为以电池供电的系统节省高达70%的耗电。此外，像LM3208这类功率放大器开关式电源管理芯片(SuPA)不但可以解决CDMA/WCDMA手机的散热问题，而且耗电量只有标准型号功率放大器的20%。最后值得一提的是美国国家半导体的 micro SMD 封装技术，由于我们拥有这种先进的封装技术，因此可以提供体积小(只有1.5mm×1.5mm×0.6mm)的双输出电源管理集成电路(LM3687)。
数字子系统的电源供应
美国国家半导体全新推出的LM20000系列PowerWise同步降压稳压器不但功能齐备，而且电源效率极高，可以支持直流/直流电源转换，为负载点提供供电。此系列稳压器有许多不同型号可供选择，而且具备一切必要的功能，让系统设计工程师可以因系统的不同需要挑选适用的型号，以便设计特别的电源管理解决方案。对于需要分别为不同负载点提供供电的系统，我们建议工程师根据不同需要挑选多款适用的芯片，以便设计一个体积小巧、效率极高而且只需极少外置组件的全方位解决方案。采用eTSSOP-16 封装的LM201xx系列芯片适用于2.95V至5.5V 的输入电压，而且可支持高达5A的负载。采用eTSSOP-20封装的LM20242 芯片则适用于4.5V至36V 的输入电压，而且可支持高达2A的负载。
LED灯光系统
LED灯的亮度与光暗控制的灵活性可以媲美传统的钨丝灯泡及霓虹光管，效率则有过之而无不及。由于LED灯有这样的优点，加上目前世界各地环保意识高胀，因此效率这样高的LED灯便大受市场欢迎。LM3407芯片是一款电流恒定但输出浮动的降压开关转换器，可为高功率的LED提供恒定电流，最适用于汽车灯、个别行业专用的照明灯及一般照明系统。此外，这款芯片还内置功率N-MOSFET 晶体管，有助于缩小方案体积，而且设计简单，可以轻易融入系统设计。这款转换器的开关频率可以调整，调整范围介于300kHz与1MHz之间。这款LM3407转换器还设有调光控制输入端，因此可以利用PWM控制模式控制LED的亮度。此外，这款芯片也有允许引脚，可以利用停机模式降低功耗。
在各机构和政府制定的规范推动之下，电源制造商，当然还有半导体制造商均积极开发能够提高效率的新解决方案。具体要求包括降低待机功耗、提高工作效率以及功率因数，这些要求在针对外部电源的美国能源之星 (ENERGYSTAR) 标准和80 PLUS规范等计划中均有描述，而待机功耗和工作效率标准也要求PFC 和 PWM控制器采用新的创新性控制技术。另一方面，对AC-DC电源 (比如PC电源) 来说，尺寸一直不是什么问题。但随着某些AC-DC电源的功率密度不断提高，在功率密度到一定水平时，解决方案的尺寸将不得不趋小。电源必需尽可能地降低待机功耗，为此目前采用数种技术，如轻载下的脉冲跳频模式 (pulse-skipping)。然而，要达到100mW及以下这一更低的功耗目标，需要元件数量更少的新IC解决方案。此外，电源产业已开始考虑采用新的拓扑来提高满载和50% 及 20% 负载下的工作效率 (如80 PLUS 规范)，这意味着对这些新拓扑而言，需要定义和开发能够满足现有成本解决方案的新型控制器。
飞兆半导体公司市场拓展总监Claudia Innes：功率管理的发展重心将逐渐集中在能效方面。飞兆半导体的高能效解决方案在应对当前功率管理挑战方面扮演着关键的角色。飞兆半导体充分利用其工艺和封装技术，不断推出高性能半导体产品，以优化电源、便携式、照明、电机、计算以及消费应用的能效。
飞兆半导体新推的FSF系列是多功能控制器的产品组合，并把高压MOSFET整合在单一封装中。这些器件可以配置在LLC谐振转换器、不对称半桥、不对称反激式转换器或有源钳位反激式转换器中。所有这些拓扑都可以通过零电压转换来获得更高的效率及更低的EMI。FSF系列还具有脉冲跳频模式，可提高轻载效率。飞兆半导体同时针对较为传统的反激式转换器提供绿色Green FPSTM e-SeriesTM 器件，允许转换器工作在准谐振模式下，通过减小开关损耗进一步提高效率。和FSF系列一样，e-series系列器件也采用间歇工作模式技术来实现“绿色的”高效待机模式。
飞兆半导体还提供FPP06R001这款高度集成的Power-SPMTM同步整流器，在小型EPM15封装中整合了2个PowerTrench MOSFET和1个大电流栅极驱动器。该模块能够提高电源设计的功率效率、增强系统可靠性并节省空间。相比同类分立式元件，FPP06R001可减小10% 的导通阻抗和16% 的杂散电感，提供更小的热耗和电压应力，这有助于电源设计满足下一代能源之星标准的要求。这些要求规定，电源必须在正常输出负载条件下实现85% 或更高的效率。FPP06R001还可取代多达10个分立元件，以及在紧凑的压铸封装中整合了2个PowerTrench MOSFET和1个大电流栅极驱动器，因而可以简化设计及减小电路板占用空间。
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