电源管理的使用趋势

在众多应用中，设计电源管理部分的复杂性近几年大幅上升。现在系统一般都需要10个或者更多不同的电源管理IC，不仅需要提供多种电压（彼此功率级别差距很大），而且还需要提供多种系统支持功能。许多系统的电源管理部分目前都会在很大程度上影响设计总成本，以及开发应用所需的时间。如果设计人员能够提前考虑到各种选择，并能够利用IC制造商提供的最新产品与设计支持，那么就能够改善系统性能，并降低总体开发时间和成本。

电源管理要求根据最终设备的不同而差异很大，但我们可以将应用分为便携式供电或墙上电源供电，从而可以更好地理解市场中的各种趋势。尽管许多趋势均会影响应用领域（如较低的电压、更高的效率以及多种电源插座等），但便携式系统显然与外部电源供电的系统相比有着极不相同的电源要求。

为便携式应用提供核心动力

在便携式系统中，要求电流较低，并且效率和设备尺寸也是非常重要的因素。电池管理方面的挑战是至关重要的，其中包括快速、方便而安全地进行电池充电的功能；除了笔记本电脑之外，越来越多的应用可以正确显示电池剩余电量。IC应当在范围广阔的输入电压上工作（锂离子电池的电压在其工作范围内会有2.6V至4.2V的差异），而低负载和高负载上的效率则变得至关重要。

就诸如MP3播放机、PDA以及数码相机等众多便携式应用而言，系统设计人员必须在成本、尺寸和电池寿命之间做出取舍。这些取舍会直接影响电源的选择以及IC制造商正在开发的产品。成本最低、最简单易用以及最小型的解决方案显然会采用LDO 稳压器，但其弱点是效率不高。如果电流负载较高而功耗又非常大（如处理器和逻辑电源），且电池电压需要"提高"（如显示器背光所需），那么就需要开关稳压器。

便携市场还极大推动了封装发展趋势--器件变得越来越小。便携系统中流行两种新型封装技术，即塑料无引线芯片载体（QFN或MLP）以及WSP（晶片级）封装。塑料无引线芯片载体是一种不使用外部引线的封装技术，与传统封装相比，其不仅体积减小了约 50%，而且还具备良好的散热性能。WSP（或CSP，即芯片级封装）不使用任何封装，但一旦经过处理，就可以将芯片直接焊接在板上，从而比无引线芯片载体方法进一步节约了空间。图1显示了如何将集成功能封装于小型MLP封装中的示例。

图1、MLP封装中的bqTINY

图2展示了典型便携式应用中的大量组件，显然我们可以对其进行集成。IC制造商正推出可将多种电源功能结合到同一IC上的新型产品。

图2：典型便携式系统拥有众多电源管理块

为墙上电源应用提供核心动力

连接至外部电源的系统正越来越多地向分布式电源总线转移。大型计算机和电信市场中，系统包括诸如FPGA、ASIC和数字信号处理器等许多IC，其电源来自多种且常常是非常不同的电源轨，在这种情况的推动下，目前的趋势是生成单电压总线（如5V），而后通过"负载点"电源从该总线为各种负载（如1.8V、1.5V等）进行供电。在许多此类应用中，负载常常超过20A，这就给电源设计者提出了一个技术挑战。多相转换器正越来越多地用于这些需要更高电流的应用中。随着电流的增加，人们就分布式总线选用的电压也展开了新的讨论--电压越高，总体系统效率就越高，而总体系统成本也就越低。如果电压上升太高，电源设计就会变得非常复杂。许多应用都将未来的目标设为12V，但理论上说，较低的电压（如8V）可能是最佳解决方案。

当然，墙式电源系统设计人员还具备另一个便携式设计人员所没有的优势，即他们根本不必进行电源设计--他们只需购买一个设计就可以了。众多采用48V总线电压的系统都选用电源模块或程序块来生成系统所需的较低电压。有许多Vin/Vout/Iout组合可用，常常占用了标准的占位面积，且新型产品还在单个封装上集成了多种输出，从而进一步简化了设计。即便决定使用离散解决方案上的模块，但我们还是有机会通过使用备用电源架构来节约成本。通过以单一隔离程序块 (isolated brick) 代替多个48V隔离程序块（每个都用于不同的电源电压），并随后配以多个低成本非隔离模块（离散解决方案），我们就可以显著降低成本，而不会增加设计复杂性（见图3）。

图3：可用一个48V程序块代替多个48V电源，并随后配以数个非隔离模块，以达到节约成本的目的。

从BOM角度看，成本最低的解决方案显然是自行设计电源。为了解决这一需求，IC制造商正在开发众多新型产品，将更高级性能与更高集成度相结合，同时还致力于使其更加方便易用。就非隔离式设计而言，通常购买一个比设计一个要划算得多。尽管成本节约会更多，但进行单独的设计也要复杂得多，要求具备有经验（并且要地专门的）的开发小组。许多OEM都在进行此项投资，并获得了显著成本节约。

利用IC供应商的专业技能

日前制造最终设备的不同趋势结合其芯片所使用的技术创建了一个大型的、快速成长的电源管理市场，新型IC为该市场提供了很好的服务。在开始新的项目前，设计工程师应查看不同厂商提供的最新电源管理IC，很可能会找到一种新型设备能够更好地满足应用要求。

在许多组织中，负责设计电源管理部分的工程师都不是电源设计人员，而是系统设计人员，因此面临着设计各个方面的挑战。由于"系统设计人员"取代"电源设计人员"的趋势，许多IC制造商都将大量资源投资于可为其产品提供应用支持的各个方面。制造尽可能方便易用的IC正成为在该市场中一马当先的关键。目前许多器件均具备详细的应用附件及评估板，而且提供软件工具成为新趋势。软件将满足工程师就系统电源管理部分的关键要求，并根据一般组件数据库推荐方案和BOM。这些工具最后都会成为设计人员的有益设计助手，不管他们是否具备丰富经验，并能够减少设计时间和风险（见图4）。

图4：软件工具缩短了开发时间。