提升能效,让整个世界微笑

　　飞兆半导体中国区销售总监王剑介绍，功率管理IC用于多种消费产品和计算应用的各种功率转换和分配电路中，包括手机、汽车电子和工业等应用。近期，人们将功率管理IC嵌入在超便携设备、手机和膝上型电脑的智能功率管理IC中，这项集成是通过改进制造工艺和设计技术来实现的。功率管理IC的另一项功能是照明管理。最近推出的高效率白光LED为消费产品、计算产品和手机提供了新型照明单元，可以实现从简单的功率管理到调光、智能驱动、接口和保护功能的多种功能(如OTP、OVP、OCP、反向电池电流保护等)。

　　谈及挑战，国际整流器公司亚太区销售副总裁潘大伟看到，受气候变化、能源安全与成本、全球经济发展和人口增长等问题的影响，大众关心的焦点转移到了能效上。尤其是在家用电器市场内，新法规、标签计划和对更高性能的需求促使制造商利用永磁变速驱动器取代采用AC感应或者有刷DC电机的机电驱动系统。然而，电子控制单元的设计很复杂，并且涉及3个方面 - 数字、模拟和功率级。同时，设计者必须以较低的成本为大批量电器市场实现高性能。　　

注重系统级的电源设计

　　从市场角度来看，消费者期望更高的系统效率。这意味着对整机轻载和待机功耗的关注度越来越高，也更加注重系统级电源管理。Maxim战略市场应用经理Jon Day表示，在现有半导体技术基础上，芯片本身的效率仍在增长，但增幅较缓。而对效率的大幅提升需要依靠电源子系统的远端控制。使得用户可以针对整体的系统负载进行优化，设计出尺寸越来越小、效率越来越高的电源。

　　ADI公司电源管理部门市场工程师张洁萍补充了另外一些变化，电源管理技术供应商已不仅仅局限在电源技术本身，同时更多地关注系统信号链的把握和系统的应用。在系统的角度，通过器件带有的特性提升整体工作效率。比如,电源器件通过检测系统的工作状态，如动态的调节输出电压来达到效率优化的目的。另外，随着系统容量的不断扩充及空间的考量，电源的通道数有所增加，电源器件通过检测输出功率，调节输出通道的开通与关断来达到提升系统效率的目的。从工艺角度来看，功率器件工艺的改进是提高效率的关键。

　　电源产品制造商面临的两大挑战也许是：在产品寿命期内降低系统的总体拥有成本;就功耗而言使系统更经济，即提高工作效率以使系统更“绿色”。 凌力尔特电源产品部产品市场总监Tony Armstrong介绍，尽管电源管理对新式电子系统的可靠工作至关重要，但是在今天的系统中，稳压器也许是仍然存在的最后“盲点”之一，人们没有办法直接配置或监视关键电源系统工作参数。因此，电源设计师一直被迫使用一大堆混在在一起的排序器、微控制器和电压监察器，以设定基本稳压器的启动和安全功能。数字可编程DC/DC转换器已经上市很多年了，特别是具备 VID 输出电压控制的 VRM 内核电源。不过，直接从稳压器监视工作状态信息的能力一直缺失，尤其是直接监视实时电流的能力。

　　使用标准串行数字总线 (例如 I2C) 可与数字DC/DC转换器实现简单和高效率的通信，PMBus 等新出现的标准方便了组件互操作性的实现。重要的稳压器参数 (包括启动特性和定时、输出电压和电流限制、裕度调节规格、以及过压和欠压监控限制) 都能以数字方式直接设定，而不用电阻器和耗费空间的排序及监视产品来设定。此外，诸如温度以及输入和输出电压及电流等关键工作参数可以得到常规监视，并用来优化系统性能和可靠性。

　　Tony Armstrong特别强调，系统设计师需要克服的一个重大障碍是，器件处于低功率或备用模式时的功耗，因为这时仍然从电池或电源插座吸取电流。因此，自上世纪 90 年代早期开始，凌力尔特一直生产同时具备高效率转换和低静态电流的电源管理 IC。通过采用新的设计方法，以在电源管理和转换 IC 中，在负载电流很大时实现高效率转换，我们可以应对这一挑战。同时，当这些 IC 置于备用或停机模式时，很多新的电源转换产品也具备了较低的静态电流，以便设计师能非常容易地发现合适的产品，以使其最终系统能更加环保。

便携电源设计挑战

　　便携产品本来就是对电源管理非常苛刻的行业，随着便携设备越来越普及，对便携设备的电源设计能效要求也越来越强烈，并成为电源设计的主战场。

　　便携式产品集成的功能越来越多，集功能娱乐于一体。对于便携电源产品，由于空间的限制，要求芯片级产品具有更小的体积，更高的集成度，更少的外围器件。这就意味着电源管理IC要应对电池使用时间、高集成性、可靠性、外形因子以及成本等方面的挑战。而目前，张洁萍认为便携式移动设备的电源管理系统还是存在一些技术上的难题，主要体现在：

　　1. 电源管理系统中最根本的问题：如何提高电源效率。

　　2. 平衡效率与尺寸：提高频率可以使用较小的电感，这样可以有效的减少PCB面积。但提高频率的同时，也会降低系统的效率，所以在工作频率和PCB面积间需要找到一个合理的平衡点。

　　3. RF和音频线路则要求电源管理系统具有更低的噪音和更高的隔离。

　　就便携式产品的设计而言，除了上面所列的存在很多系统设计师必须克服的关键问题。Tony Armstrong认为还有一个最重要的问题是怎样让热量从设备中散发出来，因为这类设备没有风扇用来实现冷却。因此，这类产品内部使用的电源转换 IC 必须是热效率非常高的，因为电源转换效率欠佳会产生热量。这种热量是在能量传递过程中于稳压器中损失的功率产生的。此外，在很多便携式设备内部，用于实现冷却的空气流动有限，散热器也受到限制，因为这类产品本身的尺寸和可用空间有限。这导致在小型、紧凑的外形中，装入的是密集排列的印刷电路板。因此，将热量排出产品的途径有限。这种热量就等于工作环境温度的上升，这又可能对产品的可靠性产生不利影响。