電源管理技術(shù)發(fā)展趨勢訪談錄

全球的節(jié)能需求和必須遵守不斷推出的強制性能源效率規(guī)范要求，以及電子產(chǎn)品小型化多功能趨勢是電源管理技術(shù)發(fā)展的推動力。提高電源效率、降低待機功耗、減小尺寸、高可靠性、高集成度和低成本是電源和電源管理技術(shù)的發(fā)展趨勢。
為了向讀者介紹最新的電源和電源管理技術(shù)，本刊采訪了一些公司負責人，他們就電源和電源管理技術(shù)的發(fā)展趨勢、新產(chǎn)品/新技術(shù)及其應用、典型解決方案等發(fā)表了獨特見解。下面是訪談錄。


飛兆半導體公司亞太區(qū)總裁兼董事總經(jīng)理郭裕亮
有兩個主要因素驅(qū)動著電子應用中電源和功率管理的發(fā)展。一個是對更高效電源的需求，其推動力是對于全球的節(jié)能需求以及遵守不斷推出的強制性能源效率規(guī)范要求。另一個驅(qū)動因素是減小電子器件的尺寸。隨著產(chǎn)品日趨小型化，但功能卻越來越多，在實際產(chǎn)品中留給散熱器等熱管理器件的空間日益縮減。因此，功率管理和效率提升需要在集成電路及從拓撲的執(zhí)行中實現(xiàn)，以達到更高的功率效率。
提高功率效率的方法之一是限制應用如計算機顯示器、LCD或PDP電視等的待機功率。待機模式是指當產(chǎn)品處于無源或睡眠模式中，即相對于有源或工作模式。國際能源署 (International Energy Agency，IEA)指出，產(chǎn)品未使用時的待機功耗占總功耗的5-10%。中國、美國、韓國以及日本都已有限制電子產(chǎn)品待機功率的相關(guān)規(guī)范，因此半導體供應商需要推出能滿足這些待機要求的電源解決方案。飛兆半導體的功率開關(guān)(FPS)通過進入間歇工作模式來大幅降低待機功耗，從而解決這一難題。在便攜式設備中，開機時間(上電時間)非常重要。飛兆半導體的uSerDes器件通過改進發(fā)射器和接收器之間的同步技術(shù)，可提供快速的開機功能。 
除了在待機時節(jié)能之外，多個組織和官方機構(gòu)正對器件的正常操作也加以功率限制。例如，有規(guī)范建議視頻磁帶錄像機(VCR)和可錄DVD播放機在開機模式下的功耗不得大過 15W。為了滿足這些規(guī)范，在正常工作模式下的電源效率因而需要提高。其中一個方法是減少開關(guān)器件的開關(guān)損耗，以及在電源設計中引入準諧振反激 (quasi-resonant flyback)等拓撲來降低傳導和開關(guān)損耗。飛兆半導體的全球功率資源 (Global Power Resource)設計中心提供了開發(fā)并制造這些拓撲的專業(yè)能力。這些功率設計中心(當中三家位于中國)擁有實力雄厚功率專家隊伍，與客戶密切合作以開發(fā)高效的電源設計。
飛兆半導體特為高、中及低功率應用如VCR、SVR、機頂盒、DVD和DVCD播放器、打印機、傳真機、掃描儀等，提供完整的 AC/DC 開關(guān)模式電源解決方案。這些解決方案有助于提高效率、降低待機功率，并滿足業(yè)界的1瓦倡議要求。飛兆半導體的綠色功率開關(guān)(Green FPS)產(chǎn)品提供先進的待機功率，并支持業(yè)界的 1瓦倡議和功率因數(shù)校正IC，從而提升系統(tǒng)效率。
飛兆半導體的高電壓柵級驅(qū)動器IC(HVIC)采用創(chuàng)新的噪聲消除電路，提供卓越的抗噪性能，能夠提高系統(tǒng)的可靠性。與常用以光耦合器或脈沖變壓器為基礎(chǔ)的解決方案相比，HVIC解決方案能節(jié)省至少50%的PCB面積。這種業(yè)界領(lǐng)先的高端驅(qū)動器工作于擺幅達-9.8V(VBS=15V)的負VS范圍，能保護HVIC免受負噪聲干擾。至于同類競爭產(chǎn)品則需要使用額外的二極管來提供這種保護。飛兆半導體的HVIC產(chǎn)品具有業(yè)界最低的靜態(tài)電流，故功耗極低，而且它的電子性能溫度依賴性是市場上最低的，保證了在各式應用中也能穩(wěn)定地工作。這些高電壓柵級驅(qū)動器IC可用于逆變器電機、PDP、HID逆變器、半橋SMPS、CCFL背光逆變器、鎮(zhèn)流器和D類音頻放大器中。
在超便攜式應用中，如手機、PDA及數(shù)碼相機等，飛兆半導體提供一系列性能卓越的功率管理產(chǎn)品。作為飛兆半導體功率管理解決方案的一員，IntelliMAX系列是 50mA-400mA的先進負載管理產(chǎn)品，導通阻抗RDS(on)的典型值在0.130到0.750歐姆之間，并具有反向電流阻斷功能。這些器件把功率管理開關(guān)與多個關(guān)鍵保護及控制功能集成在一起，可降低最新一代電池供電設備功率管理設計中的電路板占位面積、組件數(shù)及復雜度。這種獨特的保護、控制與故障監(jiān)控功能組合為要求快速上市的產(chǎn)品應用，提供了簡單及節(jié)省空間的解決方案，而且不會影響設計性能。
飛兆半導體的 µSerDes串化器/解串器采用超緊湊型封裝，為超便攜式及消費應用提供高速、低功耗和低噪聲性能。這些器件以靈活、易用的接口提供雙向通路，并可支持像素 (如 RGB、YUV)、微控制器和其它架構(gòu)。這些器件具有極低的功耗和 EMI，可同時減少系統(tǒng)組件包括線纜、濾波器和屏蔽等。典型應用包括手機、數(shù)碼相機、LCD 顯示器、打印機以及任何與柔性電纜接口及要求低 EMI 的設備。


美國國家半導體亞太區(qū)便攜式設備電源管理產(chǎn)品市場經(jīng)理
照目前的市場發(fā)展趨勢看，自適應電壓調(diào)節(jié)技術(shù)將會日趨普及，逐漸取代動態(tài)電壓調(diào)節(jié)技術(shù)。此外，目前市場上又同時冒出另一種新一代的電源管理技術(shù)。這種技術(shù)采用數(shù)字控制環(huán)路控制供電電壓，因此又稱為數(shù)字電源管理技術(shù)。但目前這個市場仍在初期的發(fā)展階段，美國國家半導體將會積極推動這個新市場的發(fā)展，讓更多用戶清楚了解數(shù)字電源管理技術(shù)的真正價值。
美國國家半導體與嵌入式控制技術(shù)的市場領(lǐng)導者ARM公司一直攜手合作，于2003年成功開發(fā) PowerWise這種數(shù)字控制接口技術(shù)(PWI)。為了確保 PowerWise自適應電壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)可以通過PWI的數(shù)字控制接口進行電源管理，美國國家半導體最近推出一款型號為 LP5550的能源管理單元。這款LP5550芯片設有 PWI 接口的從屬裝置以及PowerWise自適應電壓調(diào)節(jié)技術(shù)的SPC1。部分特殊應用集成電路單片機系統(tǒng)(SoC)除了采用 PowerWise 自適應電壓調(diào)節(jié)技術(shù)之外，還內(nèi)置采用IEM技術(shù)的ARM核心。對于這類系統(tǒng)來說，LP5550芯片極為適用，而且可以確保系統(tǒng)發(fā)揮更高的性能。
此外，美國國家半導體還有動態(tài)電壓調(diào)節(jié)技術(shù)，這種技術(shù)最適用于CDMA手機，尤其是3G手機的功率放大器。這種動態(tài)電壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)利用內(nèi)置的降壓直流/直流開關(guān)穩(wěn)壓器提供動態(tài)電壓調(diào)節(jié)功能，以便為功率放大器提供穩(wěn)壓供電，因此這種供電系統(tǒng)也稱為功率放大器開關(guān)穩(wěn)壓單元(簡稱SuPA)。美國國家半導體的 SuPA 技術(shù)已發(fā)展至第三代，芯片本身不但體積小，而且效率高，這兩方面都比其它競爭產(chǎn)品優(yōu)勝。LM3202/3/4/5芯片的推出將會進一步加強這系列功率放大器的產(chǎn)品陣容，使美國國家半導體成為市場上有最多型號可供選擇的功率放大器供應商。
在高電壓應用方面，美國國家半導體的高壓電源管理產(chǎn)品系列最適用于汽車及工業(yè)電子系統(tǒng)，因為這些高壓產(chǎn)品的輸入電壓范圍極為廣闊，即使沒有加設外置瞬態(tài)電壓抑制電路，廣闊的輸入電壓范圍也可為系統(tǒng)提供足夠的防護。如美國國家半導體的LM3100 SIMPLE SWITCHER穩(wěn)壓器，便是業(yè)界首款適用于4.5V至 36V 輸入電壓范圍的1.5A單芯片同步降壓穩(wěn)壓器，其特點是采用獨特的結(jié)構(gòu)，有助于簡化電路設計。
設計復雜的數(shù)字負載必須有快速的瞬態(tài)響應。LM3100 穩(wěn)壓器芯片采用高性能的固定開啟時間 (COT) 結(jié)構(gòu)，因此響應非常敏捷。此外，這款芯片還采用正在申請專利的獨家飛輪電流注射控制 (FCIC) 技術(shù)，因此即使搭配陶瓷輸出電容器一起使用，也無需為等效串聯(lián)電阻提供額外補償。這款芯片的輸入電壓前饋功能可以抑制線路瞬態(tài)，確保即使利用無穩(wěn)壓電源供應進行操作，開關(guān)頻率也可幾乎恒定不變。最適用于多種不同的負載及應用，其中包括 FPGA、數(shù)字信號處理器、數(shù)字特殊應用集成電路、網(wǎng)絡系統(tǒng)、電子游戲、音像系統(tǒng)、醫(yī)療設備及工業(yè)系統(tǒng)。
所有電子產(chǎn)品都由電力推動。美國國家半導體在擬芯片市場上一直居領(lǐng)導地位，致力開發(fā)信號路徑及電源管理技術(shù)。未來，我們將強調(diào)提供全方位信號路徑解決方案，讓OEM廠商可以根據(jù)不同電子產(chǎn)品信號路徑系統(tǒng)的要求，選擇最適用的電源管理解決方案。

安森美半導體亞太區(qū)模擬產(chǎn)品經(jīng)理蔣家亮先生
隨著各種終端產(chǎn)品的日益普及和功能的不斷增加，電源及電源管理技術(shù)也隨之呈現(xiàn)出新的發(fā)展趨勢，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：
首先，隨著環(huán)保意識的增加，低能耗設計越來越受到廠商、消費者和各國政府的關(guān)注，高能效電源設計正在成為影響電子系統(tǒng)設計的關(guān)鍵技術(shù)之一。
其次，電源設計周期加快、低待機功耗、高能效以及減小占位面積的要求正在改變傳統(tǒng)的電源設計方法，電源管理設計的創(chuàng)新勢在必行，并要求電源芯片供應商能夠提供完整技術(shù)解決方案，而不是單純的產(chǎn)品。
最后，由于現(xiàn)代技術(shù)發(fā)展的快速與復雜性，需要幾個公司的共同合作才能實現(xiàn)某項技術(shù)的速上市。
作為全球領(lǐng)先的電源管理芯片方案廠商，安森美一直非常重視技術(shù)研發(fā)，為此投入大量資金和人力，并依靠這些新技術(shù)不斷提供能夠滿足客戶需求的新解決方案，例如臺式機80＋整體解決方案、諧振可控PFC控制器NCP1381，適合多路輸出提高線性調(diào)整率的次級控制器NCP4326等。
安森美半導體將于今年推出的一款低待機能耗電源控制器NCP1351采取固定導通時間（Ton），改變Toff來實現(xiàn)功率控制。這樣在輕載時，電路會自動延長Toff從而可以“自然”降低待機能耗。NCP是輔助電源、打印機、低成本適配器等中小功率應用的理想選擇。
同樣，先進的解決方案也離不開領(lǐng)先技術(shù)的支持。安森美在電源管理方面有很多領(lǐng)先技術(shù)，如跳周期待機模式、PWN控制器主控PFC（輕載時關(guān)閉PFC以求降低待機功耗）。此外，將諸多功能集成芯片內(nèi)部，如DSS（動態(tài)自供電）、頻率抖動、Soxyless（無線圈去磁檢測）等，可以起到簡化外圍電路設計作用，也相應減少了功率損耗。
此外，節(jié)能是安森美半導體的重要發(fā)展戰(zhàn)略。安森美開發(fā)的高效節(jié)能解決方案完全符合中國“十一五規(guī)劃”對節(jié)能環(huán)保的要求。作為中標認證中心唯一的節(jié)能芯片技術(shù)伙伴，安森美還積極參與和支持中國中標認證中心的節(jié)能活動，推動實施高效節(jié)能電源、低待機能耗產(chǎn)品在中國市場的應用。
安森美半導體一直與便攜、計算、消費及汽車等市場的領(lǐng)導廠商保持緊密合作，了解他們的應用需求，并協(xié)助他們開發(fā)領(lǐng)先行業(yè)的產(chǎn)品，比如微軟的Xbox和蘋果公司的iPod充電器就分別采用了安森美的直流－直流解決方案和高性價比低功耗的適配器解決方案。重點說來，安森美半導體在以下幾個方面都有不錯的表現(xiàn)：
在降低待機能耗方面，安森美半導體的開關(guān)電源（SMPS）適配器NCP12XX系列，廣為世界各地的領(lǐng)先廠商采用。
在直流－直流（DC－DC）方面，安森美半導體成功開發(fā)創(chuàng)新雙緣脈沖寬度調(diào)制控制器并將其推銷市場。創(chuàng)新的雙沿（Dual－Edge）PWM控制器技術(shù)，比業(yè)界標準的單沿控制（Single－Edge Control）有更快的瞬變負載響應，提供更小和更好的性價比的電源系統(tǒng)。該技術(shù)將協(xié)助直流－直流轉(zhuǎn)換電源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，為計算與消費電子應用帶來高效有源模式能效。
在背光/音頻方面，安森美半導體的NCP5006/5007升壓轉(zhuǎn)換器，精簡了彩色LCD的白色背光LED驅(qū)動電路，提供體積小且效率高的背光驅(qū)動方案。
此外，安森美半導體是首家及唯一一家獲得美國80 PLUS（計算機電源效率達80％以上的認證項目）認證的芯片公司，是80＋ ATX市場的領(lǐng)導者。 

Maxim公司電源產(chǎn)品線經(jīng)理
經(jīng)歷了數(shù)十年發(fā)展歷程的開關(guān)電源技術(shù)，目前已經(jīng)很難出現(xiàn)新型拓撲，我們似乎已經(jīng)發(fā)掘出了各種可能的開關(guān)電源拓撲。每種拓撲各有優(yōu)勢，當然，也存在相應的問題。正確的拓撲選擇完全由應用決定。
電源設計與其它產(chǎn)品一樣，也需要小尺寸、高可靠性、高集成度和低成本，不同的是電源產(chǎn)品的應用領(lǐng)域極為廣泛，幾乎所有的電路板都需要電源管理器件。不同應用對電源的性能要求不盡相同，例如：汽車引擎，要求電源能夠工作在125℃的環(huán)境溫度；蜂窩電話、數(shù)碼相機則要求在極小的尺寸內(nèi)提供整個復雜系統(tǒng)的供電電路。
手持產(chǎn)品，如：蜂窩電話/PDA、DSC等，尺寸和效率是關(guān)鍵指標。小電流允許在小封裝內(nèi)集成多種電壓輸出的電源，有些情況下，這種電源的外形尺寸幾乎與裸片尺寸相同。雖然電源設計采用的是傳統(tǒng)拓撲，但是，利用新工藝可以降低靜態(tài)電流、提高輕載和重載下的轉(zhuǎn)換效率。MAX1566即是一個典型范例，為數(shù)碼相機提供完整的供電方案。
在電信/數(shù)據(jù)通信/服務器應用領(lǐng)域，多電源電壓和大電流需求推動著電源技術(shù)向小尺寸、高集成度方向發(fā)展。隨著系統(tǒng)功能的增多，為了保證系統(tǒng)在任何情況下正常運轉(zhuǎn)，需要故障監(jiān)視和智能化的故障處理能力。冗余技術(shù)在電源設計領(lǐng)域已經(jīng)不是一個新的概念，然而，當一組冗余電源出現(xiàn)故障時，對系統(tǒng)故障的智能化管理則是一項全新技術(shù)。目前，有些系統(tǒng)可能安裝在建筑物附近，需要從遠端進行系統(tǒng)管理和監(jiān)視，從而省去了繁瑣的人工現(xiàn)場維護。另外，新型電源設計對精度的要求也遠遠高于傳統(tǒng)設計，小的幾何尺寸處理工藝能夠滿足先進處理器和通信產(chǎn)品對GHz時鐘的需求，但它也帶來了一個新的問題：由于供電電壓非常低，因此對電壓容限的要求非常苛刻。一個好的設計必須能夠提供精密電壓，同時還可監(jiān)視電源電流和溫度，并且根據(jù)用戶的要求進行故障管理，在不需要任何硬件改動的前提下更新輸出。MAX8688為該類產(chǎn)品的一個典型范例，電壓精度達0.2%，可監(jiān)視電壓、電流和溫度，具有多級故障保護和告警檢測，能夠在故障發(fā)生之前對其進行自動化管理。利用數(shù)字通信功能還可以重新配置器件。
集成度是電源應用的另一重要因素，一個典型系統(tǒng)常常需要在一塊電路板上提供15種不同的電源電壓，并要求較高的負載電流。Maxim針對這種應用提供了一系列功能豐富的產(chǎn)品，能夠利用集成MOSFET提供大的負載電流。例如，MAX8566可連續(xù)輸出10A電流，采用微小的5mm x 5mm TQFN封裝。我們的一些新產(chǎn)品將提供更大的功率（電流高達25A），采用多相工作模式，允許用戶設置不同級別的電流輸出能力，從1A到200A，內(nèi)置MOSFET，微型封裝。

瑞薩科技公司Group Manager土方浩行

電源集成電路（IC）呈現(xiàn)出以下趨勢：
（1）一種趨勢是向著更低的電壓和更低的功耗方向發(fā)展
（2）更高的效率
（3）負載波動的迅速響應（少于5μs）
（4）外部元件數(shù)量的減少
（尤其是，相位補償元件正在被集成到集成電路中）
（5）高速PWM（4MHz或更高）
（6）與其他線性集成電路的結(jié)合
到目前為止，瑞薩科技已實現(xiàn)了第（1）到第（3）項。
2006財政年度上半年，瑞薩科技將實現(xiàn)第（4）和第（5）項。
制造工藝方面的發(fā)展趨勢：
（1）0.5μm BiC-DMOS（BiCMOS+雙擴散MOS）
（2）0.35μm高壓CMOS
（3）0.25μm SOI（硅絕緣體）
（4）0.25μm BiC-DMOS
到目前為止，瑞薩科技已發(fā)布了采用第（1）項到第（3）項技術(shù)的產(chǎn)品。
目前，瑞薩科技已開始了以下新產(chǎn)品的批量生產(chǎn)：
1.具有快速響應能力和高效率的DC-DC轉(zhuǎn)換器
•多通道DC-DC轉(zhuǎn)換器：M62299FP有7個輸出通道，可用于數(shù)碼相機
•單通道DC-DC轉(zhuǎn)換器：R2A20101可用于移動電話的功率放大器
2.包括過壓保護（OVP）、環(huán)路中斷檢測、在瞬時中斷時PWM可連續(xù)工作及具有其他功能的功率因數(shù)校正集成電路
•PFC（功率因數(shù)校正）：HA16174可支持幾百瓦到數(shù)千瓦的功率