電源管理詮釋節(jié)能

　　直面設計挑戰(zhàn)

　　幫助工程師提升電源設計效率，一直是半導體廠商與電源系統(tǒng)工程師最關注的問題。進一步提高能效依賴于半導體器件，電路拓撲結構和封裝技術的新發(fā)展或優(yōu)化選取。

　　首先，從器件方面，功率型金屬氧化物場效應管(MOSFET)一直以來在小功率應用方面占主導地位。溝道柵極技術已普遍于低壓MOSFET以減小通態(tài)電阻從而降低損耗。而在未來幾年里，溝道柵極技術有向較高電壓MOSFET推廣的趨勢。所以這對于300V 以上的功率型MOSFET管是一個新變化。近些年來超結 (Super Junction) MOSFET發(fā)展也很快，對應于傳統(tǒng)的500V 以上的平面MOSFET在通態(tài)電阻和電流密度方面具有競爭力，但是它的動態(tài)開關特性還是弱于平面MOSFET，從而使高頻高電壓應用仍然偏向傳統(tǒng)型的MOSFET。另外寬禁帶MOSFET器件，例如氮化鎵 (GaN) 和碳化硅(SiC) MOSFET 在研發(fā)中不斷取得的成就也表明這些新型的復合半導體器件會逐步走向商用化，極大提升系統(tǒng)能效，改變硅半導體目前在市場上的一統(tǒng)局面。

　　其次，工程師可以靈活運用各種各樣的拓撲結構以提高系統(tǒng)效率。像現(xiàn)在通信電源和服務器電源設備中常用的零電壓開關相移式全橋結構就是新拓撲加新控制的典范。在太陽能功率變換中，三電平二極管鉗位逆變器具有低成本、高效率的特點，作為一種新興的電路拓撲結構能在特定應用場合下提高能效。

　　最后，優(yōu)化半導體器件或電路的封裝也是提高系統(tǒng)能效的一種積極手段。關于這點常常被人們忽視。優(yōu)化的封裝可以直接改善電路中的雜散參數(shù)，例如寄生電感，從而優(yōu)化電特性。實踐表明緊湊的封裝不僅減小電路體積，更重要的是能減小開關過程中的電壓電流尖峰。使用相對低電壓等級的器件將有利于減少損耗。另外，優(yōu)化的封裝可改善系統(tǒng)散熱，以減低電路或器件的工作溫度，從而進一步降低損耗。

　　概括地說，從系統(tǒng)角度出發(fā)，認真選擇與優(yōu)化器件，電路與封裝配合優(yōu)化的控制方法就一定能最大限度地降低損耗，提升系統(tǒng)能效。

　　凌力爾特公司電源產(chǎn)品市場總監(jiān)Tony Armstrong介紹，任何系統(tǒng)中的功耗都必須以兩種方式解決，首先，跨整個負載電流范圍最大限度地提高轉換效率，其次，降低 DC/DC 轉換器在所有工作模式時的靜態(tài)電流。因此，為了在降低系統(tǒng)功耗方面發(fā)揮積極作用，電源轉換和管理 IC 必須提高效率，也就是降低功耗，并在輕負載和休眠模式具有非常低的功耗水平。特別是很多大功率系統(tǒng)都采用多種單階轉換或兩階轉換方法的組合來應對有關的熱量問題。然而，系統(tǒng)設計師面臨著一個以哪種方式來滿足特定系統(tǒng)需求的難題。電壓不斷下降的同時提高電流的需求日益增加，這持續(xù)促進了很多這類大功率系統(tǒng)的開發(fā)。在這一領域取得的大多數(shù)進步都可以追溯到電源轉換技術領域的改進，尤其是電源 IC 和電源半導體的改進。總之，這些組件允許在對電源轉換效率影響最小的情況下提高開關效率，對提高電源性能做出了貢獻。這是通過降低開關和接通狀態(tài)的損耗、同時允許高效率去除熱量而得以實現(xiàn)的。不過，向較低輸出電壓遷移給這些參數(shù)施加了更大的壓力，這反過來又導致了極大的設計挑戰(zhàn)。