电源管理技术发展趋势访谈录

全球的节能需求和必须遵守不断推出的强制性能源效率规范要求，以及电子产品小型化多功能趋势是电源管理技术发展的推动力。提高电源效率、降低待机功耗、减小尺寸、高可靠性、高集成度和低成本是电源和电源管理技术的发展趋势。
为了向读者介绍最新的电源和电源管理技术，本刊采访了一些公司负责人，他们就电源和电源管理技术的发展趋势、新产品/新技术及其应用、典型解决方案等发表了独特见解。下面是访谈录。


飞兆半导体公司亚太区总裁兼董事总经理郭裕亮
有两个主要因素驱动着电子应用中电源和功率管理的发展。一个是对更高效电源的需求，其推动力是对于全球的节能需求以及遵守不断推出的强制性能源效率规范要求。另一个驱动因素是减小电子器件的尺寸。随着产品日趋小型化，但功能却越来越多，在实际产品中留给散热器等热管理器件的空间日益缩减。因此，功率管理和效率提升需要在集成电路及从拓扑的执行中实现，以达到更高的功率效率。
提高功率效率的方法之一是限制应用如计算机显示器、LCD或PDP电视等的待机功率。待机模式是指当产品处于无源或睡眠模式中，即相对于有源或工作模式。国际能源署 (International Energy Agency，IEA)指出，产品未使用时的待机功耗占总功耗的5-10%。中国、美国、韩国以及日本都已有限制电子产品待机功率的相关规范，因此半导体供应商需要推出能满足这些待机要求的电源解决方案。飞兆半导体的功率开关(FPS)通过进入间歇工作模式来大幅降低待机功耗，从而解决这一难题。在便携式设备中，开机时间(上电时间)非常重要。飞兆半导体的uSerDes器件通过改进发射器和接收器之间的同步技术，可提供快速的开机功能。 
除了在待机时节能之外，多个组织和官方机构正对器件的正常操作也加以功率限制。例如，有规范建议视频磁带录像机(VCR)和可录DVD播放机在开机模式下的功耗不得大过 15W。为了满足这些规范，在正常工作模式下的电源效率因而需要提高。其中一个方法是减少开关器件的开关损耗，以及在电源设计中引入准谐振反激 (quasi-resonant flyback)等拓扑来降低传导和开关损耗。飞兆半导体的全球功率资源 (Global Power Resource)设计中心提供了开发并制造这些拓扑的专业能力。这些功率设计中心(当中三家位于中国)拥有实力雄厚功率专家队伍，与客户密切合作以开发高效的电源设计。
飞兆半导体特为高、中及低功率应用如VCR、SVR、机顶盒、DVD和DVCD播放器、打印机、传真机、扫描仪等，提供完整的 AC/DC 开关模式电源解决方案。这些解决方案有助于提高效率、降低待机功率，并满足业界的1瓦倡议要求。飞兆半导体的绿色功率开关(Green FPS)产品提供先进的待机功率，并支持业界的 1瓦倡议和功率因数校正IC，从而提升系统效率。
飞兆半导体的高电压栅级驱动器IC(HVIC)采用创新的噪声消除电路，提供卓越的抗噪性能，能够提高系统的可靠性。与常用以光耦合器或脉冲变压器为基础的解决方案相比，HVIC解决方案能节省至少50%的PCB面积。这种业界领先的高端驱动器工作于摆幅达-9.8V(VBS=15V)的负VS范围，能保护HVIC免受负噪声干扰。至于同类竞争产品则需要使用额外的二极管来提供这种保护。飞兆半导体的HVIC产品具有业界最低的静态电流，故功耗极低，而且它的电子性能温度依赖性是市场上最低的，保证了在各式应用中也能稳定地工作。这些高电压栅级驱动器IC可用于逆变器电机、PDP、HID逆变器、半桥SMPS、CCFL背光逆变器、镇流器和D类音频放大器中。
在超便携式应用中，如手机、PDA及数码相机等，飞兆半导体提供一系列性能卓越的功率管理产品。作为飞兆半导体功率管理解决方案的一员，IntelliMAX系列是 50mA-400mA的先进负载管理产品，导通阻抗RDS(on)的典型值在0.130到0.750欧姆之间，并具有反向电流阻断功能。这些器件把功率管理开关与多个关键保护及控制功能集成在一起，可降低最新一代电池供电设备功率管理设计中的电路板占位面积、组件数及复杂度。这种独特的保护、控制与故障监控功能组合为要求快速上市的产品应用，提供了简单及节省空间的解决方案，而且不会影响设计性能。
飞兆半导体的 µSerDes串化器/解串器采用超紧凑型封装，为超便携式及消费应用提供高速、低功耗和低噪声性能。这些器件以灵活、易用的接口提供双向通路，并可支持像素 (如 RGB、YUV)、微控制器和其它架构。这些器件具有极低的功耗和 EMI，可同时减少系统组件包括线缆、滤波器和屏蔽等。典型应用包括手机、数码相机、LCD 显示器、打印机以及任何与柔性电缆接口及要求低 EMI 的设备。


美国国家半导体亚太区便携式设备电源管理产品市场经理
照目前的市场发展趋势看，自适应电压调节技术将会日趋普及，逐渐取代动态电压调节技术。此外，目前市场上又同时冒出另一种新一代的电源管理技术。这种技术采用数字控制环路控制供电电压，因此又称为数字电源管理技术。但目前这个市场仍在初期的发展阶段，美国国家半导体将会积极推动这个新市场的发展，让更多用户清楚了解数字电源管理技术的真正价值。
美国国家半导体与嵌入式控制技术的市场领导者ARM公司一直携手合作，于2003年成功开发 PowerWise这种数字控制接口技术(PWI)。为了确保 PowerWise自适应电压调节系统可以通过PWI的数字控制接口进行电源管理，美国国家半导体最近推出一款型号为 LP5550的能源管理单元。这款LP5550芯片设有 PWI 接口的从属装置以及PowerWise自适应电压调节技术的SPC1。部分特殊应用集成电路单片机系统(SoC)除了采用 PowerWise 自适应电压调节技术之外，还内置采用IEM技术的ARM核心。对于这类系统来说，LP5550芯片极为适用，而且可以确保系统发挥更高的性能。
此外，美国国家半导体还有动态电压调节技术，这种技术最适用于CDMA手机，尤其是3G手机的功率放大器。这种动态电压调节系统利用内置的降压直流/直流开关稳压器提供动态电压调节功能，以便为功率放大器提供稳压供电，因此这种供电系统也称为功率放大器开关稳压单元(简称SuPA)。美国国家半导体的 SuPA 技术已发展至第三代，芯片本身不但体积小，而且效率高，这两方面都比其它竞争产品优胜。LM3202/3/4/5芯片的推出将会进一步加强这系列功率放大器的产品阵容，使美国国家半导体成为市场上有最多型号可供选择的功率放大器供应商。
在高电压应用方面，美国国家半导体的高压电源管理产品系列最适用于汽车及工业电子系统，因为这些高压产品的输入电压范围极为广阔，即使没有加设外置瞬态电压抑制电路，广阔的输入电压范围也可为系统提供足够的防护。如美国国家半导体的LM3100 SIMPLE SWITCHER稳压器，便是业界首款适用于4.5V至 36V 输入电压范围的1.5A单芯片同步降压稳压器，其特点是采用独特的结构，有助于简化电路设计。
设计复杂的数字负载必须有快速的瞬态响应。LM3100 稳压器芯片采用高性能的固定开启时间 (COT) 结构，因此响应非常敏捷。此外，这款芯片还采用正在申请专利的独家飞轮电流注射控制 (FCIC) 技术，因此即使搭配陶瓷输出电容器一起使用，也无需为等效串联电阻提供额外补偿。这款芯片的输入电压前馈功能可以抑制线路瞬态，确保即使利用无稳压电源供应进行操作，开关频率也可几乎恒定不变。最适用于多种不同的负载及应用，其中包括 FPGA、数字信号处理器、数字特殊应用集成电路、网络系统、电子游戏、音像系统、医疗设备及工业系统。
所有电子产品都由电力推动。美国国家半导体在拟芯片市场上一直居领导地位，致力开发信号路径及电源管理技术。未来，我们将强调提供全方位信号路径解决方案，让OEM厂商可以根据不同电子产品信号路径系统的要求，选择最适用的电源管理解决方案。

安森美半导体亚太区模拟产品经理蒋家亮先生
随着各种终端产品的日益普及和功能的不断增加，电源及电源管理技术也随之呈现出新的发展趋势，主要表现在以下几个方面：
首先，随着环保意识的增加，低能耗设计越来越受到厂商、消费者和各国政府的关注，高能效电源设计正在成为影响电子系统设计的关键技术之一。
其次，电源设计周期加快、低待机功耗、高能效以及减小占位面积的要求正在改变传统的电源设计方法，电源管理设计的创新势在必行，并要求电源芯片供应商能够提供完整技术解决方案，而不是单纯的产品。
最后，由于现代技术发展的快速与复杂性，需要几个公司的共同合作才能实现某项技术的速上市。
作为全球领先的电源管理芯片方案厂商，安森美一直非常重视技术研发，为此投入大量资金和人力，并依靠这些新技术不断提供能够满足客户需求的新解决方案，例如台式机80＋整体解决方案、谐振可控PFC控制器NCP1381，适合多路输出提高线性调整率的次级控制器NCP4326等。
安森美半导体将于今年推出的一款低待机能耗电源控制器NCP1351采取固定导通时间（Ton），改变Toff来实现功率控制。这样在轻载时，电路会自动延长Toff从而可以“自然”降低待机能耗。NCP是辅助电源、打印机、低成本适配器等中小功率应用的理想选择。
同样，先进的解决方案也离不开领先技术的支持。安森美在电源管理方面有很多领先技术，如跳周期待机模式、PWN控制器主控PFC（轻载时关闭PFC以求降低待机功耗）。此外，将诸多功能集成芯片内部，如DSS（动态自供电）、频率抖动、Soxyless（无线圈去磁检测）等，可以起到简化外围电路设计作用，也相应减少了功率损耗。
此外，节能是安森美半导体的重要发展战略。安森美开发的高效节能解决方案完全符合中国“十一五规划”对节能环保的要求。作为中标认证中心唯一的节能芯片技术伙伴，安森美还积极参与和支持中国中标认证中心的节能活动，推动实施高效节能电源、低待机能耗产品在中国市场的应用。
安森美半导体一直与便携、计算、消费及汽车等市场的领导厂商保持紧密合作，了解他们的应用需求，并协助他们开发领先行业的产品，比如微软的Xbox和苹果公司的iPod充电器就分别采用了安森美的直流－直流解决方案和高性价比低功耗的适配器解决方案。重点说来，安森美半导体在以下几个方面都有不错的表现：
在降低待机能耗方面，安森美半导体的开关电源（SMPS）适配器NCP12XX系列，广为世界各地的领先厂商采用。
在直流－直流（DC－DC）方面，安森美半导体成功开发创新双缘脉冲宽度调制控制器并将其推销市场。创新的双沿（Dual－Edge）PWM控制器技术，比业界标准的单沿控制（Single－Edge Control）有更快的瞬变负载响应，提供更小和更好的性价比的电源系统。该技术将协助直流－直流转换电源产业的发展，为计算与消费电子应用带来高效有源模式能效。
在背光/音频方面，安森美半导体的NCP5006/5007升压转换器，精简了彩色LCD的白色背光LED驱动电路，提供体积小且效率高的背光驱动方案。
此外，安森美半导体是首家及唯一一家获得美国80 PLUS（计算机电源效率达80％以上的认证项目）认证的芯片公司，是80＋ ATX市场的领导者。 

Maxim公司电源产品线经理
经历了数十年发展历程的开关电源技术，目前已经很难出现新型拓扑，我们似乎已经发掘出了各种可能的开关电源拓扑。每种拓扑各有优势，当然，也存在相应的问题。正确的拓扑选择完全由应用决定。
电源设计与其它产品一样，也需要小尺寸、高可靠性、高集成度和低成本，不同的是电源产品的应用领域极为广泛，几乎所有的电路板都需要电源管理器件。不同应用对电源的性能要求不尽相同，例如：汽车引擎，要求电源能够工作在125℃的环境温度；蜂窝电话、数码相机则要求在极小的尺寸内提供整个复杂系统的供电电路。
手持产品，如：蜂窝电话/PDA、DSC等，尺寸和效率是关键指标。小电流允许在小封装内集成多种电压输出的电源，有些情况下，这种电源的外形尺寸几乎与裸片尺寸相同。虽然电源设计采用的是传统拓扑，但是，利用新工艺可以降低静态电流、提高轻载和重载下的转换效率。MAX1566即是一个典型范例，为数码相机提供完整的供电方案。
在电信/数据通信/服务器应用领域，多电源电压和大电流需求推动着电源技术向小尺寸、高集成度方向发展。随着系统功能的增多，为了保证系统在任何情况下正常运转，需要故障监视和智能化的故障处理能力。冗余技术在电源设计领域已经不是一个新的概念，然而，当一组冗余电源出现故障时，对系统故障的智能化管理则是一项全新技术。目前，有些系统可能安装在建筑物附近，需要从远端进行系统管理和监视，从而省去了繁琐的人工现场维护。另外，新型电源设计对精度的要求也远远高于传统设计，小的几何尺寸处理工艺能够满足先进处理器和通信产品对GHz时钟的需求，但它也带来了一个新的问题：由于供电电压非常低，因此对电压容限的要求非常苛刻。一个好的设计必须能够提供精密电压，同时还可监视电源电流和温度，并且根据用户的要求进行故障管理，在不需要任何硬件改动的前提下更新输出。MAX8688为该类产品的一个典型范例，电压精度达0.2%，可监视电压、电流和温度，具有多级故障保护和告警检测，能够在故障发生之前对其进行自动化管理。利用数字通信功能还可以重新配置器件。
集成度是电源应用的另一重要因素，一个典型系统常常需要在一块电路板上提供15种不同的电源电压，并要求较高的负载电流。Maxim针对这种应用提供了一系列功能丰富的产品，能够利用集成MOSFET提供大的负载电流。例如，MAX8566可连续输出10A电流，采用微小的5mm x 5mm TQFN封装。我们的一些新产品将提供更大的功率（电流高达25A），采用多相工作模式，允许用户设置不同级别的电流输出能力，从1A到200A，内置MOSFET，微型封装。

瑞萨科技公司Group Manager土方浩行

电源集成电路（IC）呈现出以下趋势：
（1）一种趋势是向着更低的电压和更低的功耗方向发展
（2）更高的效率
（3）负载波动的迅速响应（少于5μs）
（4）外部元件数量的减少
（尤其是，相位补偿元件正在被集成到集成电路中）
（5）高速PWM（4MHz或更高）
（6）与其他线性集成电路的结合
到目前为止，瑞萨科技已实现了第（1）到第（3）项。
2006财政年度上半年，瑞萨科技将实现第（4）和第（5）项。
制造工艺方面的发展趋势：
（1）0.5μm BiC-DMOS（BiCMOS+双扩散MOS）
（2）0.35μm高压CMOS
（3）0.25μm SOI（硅绝缘体）
（4）0.25μm BiC-DMOS
到目前为止，瑞萨科技已发布了采用第（1）项到第（3）项技术的产品。
目前，瑞萨科技已开始了以下新产品的批量生产：
1.具有快速响应能力和高效率的DC-DC转换器
•多通道DC-DC转换器：M62299FP有7个输出通道，可用于数码相机
•单通道DC-DC转换器：R2A20101可用于移动电话的功率放大器
2.包括过压保护（OVP）、环路中断检测、在瞬时中断时PWM可连续工作及具有其他功能的功率因数校正集成电路
•PFC（功率因数校正）：HA16174可支持几百瓦到数千瓦的功率