摘要：面對(duì)越來(lái)越嚴(yán)格的能效等級(jí)，電源產(chǎn)品面臨著全新的技術(shù)需求挑戰(zhàn)，未來(lái)幾年，電源半導(dǎo)體企業(yè)需要滿足更為嚴(yán)格的電源設(shè)計(jì)需求。

大家都在談綠色低碳，談節(jié)能減排，談保護(hù)環(huán)境，在清潔能源與可再生能源價(jià)格依然居高不下，以及其應(yīng)用總是受各種制約的前提下，最直接的實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗又不影響消費(fèi)者用戶體驗(yàn)的辦法還是提升電源的能源轉(zhuǎn)換效率。

從輸電網(wǎng)絡(luò)的交流電，到用電終端的各種直流驅(qū)動(dòng)設(shè)備工作，隨著消費(fèi)電子產(chǎn)品逐漸取代工業(yè)產(chǎn)品成為能源消耗的主力，提升消費(fèi)電子的能源轉(zhuǎn)換效率，以此盡可能降低不必要的能源轉(zhuǎn)換效率，是最直接有效，也是最簡(jiǎn)單的節(jié)能降耗的辦法。

政府一向是推進(jìn)電源效率要求的規(guī)則制定者，金牌電源由美國(guó)80PLUS政府機(jī)構(gòu)定義和認(rèn)證,只有達(dá)到該認(rèn)正標(biāo)準(zhǔn)的才能在美國(guó)銷(xiāo)售。其中金牌的標(biāo)準(zhǔn)要求PFC+PWM的效率>90%，銀牌要求>88%，銅牌要>85%，而至少>80%才能算合格的電源?，F(xiàn)在更新的電源標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)出臺(tái)，分別是>92%的白金牌電源和更為苛刻的>94%的鈦金牌電源標(biāo)準(zhǔn)。

白金牌電源標(biāo)準(zhǔn)的要求具體包括：AC-DC 從PFC到DC輸出轉(zhuǎn)換效率達(dá)到92%;待機(jī)功耗低于0.15W;高的功率密度，小的體積(300W/立方英寸);以及高的可靠性，平均無(wú)故障工作時(shí)間〉5000小時(shí)。鈦金牌電源具體要求是：AC-DC從PFC到DC輸出轉(zhuǎn)換效率達(dá)到94%; 待機(jī)功耗低于50mW, 即低于0.05W;更高的功率密度，更小的體積;更高的可靠性，平均無(wú)故障工作時(shí)間要達(dá)到一萬(wàn)小時(shí)。

從節(jié)約能源及環(huán)境保護(hù)的要求，必須設(shè)計(jì)、制造最高效率的開(kāi)關(guān)電源變換器。對(duì)于AC-DC，其效率要達(dá)到金牌標(biāo)準(zhǔn)，就必須達(dá)到90%以上。對(duì)于DC-DC，其效率要達(dá)到金牌標(biāo)準(zhǔn)，就必須達(dá)到95%以上。而綠色電源的定義，空載功率損耗<0.3W，電磁干擾EMI達(dá)到國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，生產(chǎn)工藝為無(wú)鉛作業(yè)無(wú)污染作業(yè)。研讀這兩個(gè)最新的標(biāo)準(zhǔn)具體需求，轉(zhuǎn)換效率和待機(jī)功耗是其中非常重要的兩個(gè)量化指標(biāo)，而要滿足這兩個(gè)數(shù)字指標(biāo)的要求，對(duì)電源設(shè)計(jì)者及半導(dǎo)體廠商提出了嚴(yán)格的技術(shù)要求。

新能效提出新挑戰(zhàn)

對(duì)于白金和鈦金牌系統(tǒng)，會(huì)有兩個(gè)“較新”的要求：(1)在現(xiàn)有負(fù)載點(diǎn)(20%、50%和100%)下具有更高的效率標(biāo)準(zhǔn);(2)新的10%負(fù)載點(diǎn)下最低工作效率要求。為了滿足這些標(biāo)準(zhǔn)的要求，必需考慮電源控制技術(shù)以及半導(dǎo)體元件。

要獲得更高的效率，便必需考慮結(jié)合LLC諧振半橋等諧振模式控制技術(shù)，以及次級(jí)端同步整流技術(shù)。在負(fù)載范圍內(nèi)不同控制技術(shù)的效率曲線也不相同。例如：雙管反激式解決方案的平均效率高于LLC諧振半橋方案(后者在滿負(fù)載條件下具有出色的效率)。更高的平均效率意味著在所有負(fù)載點(diǎn)下更容易滿足最小值標(biāo)準(zhǔn)要求。此外，必需考慮使用超級(jí)結(jié)MOSFET等具有低導(dǎo)通阻抗的半導(dǎo)體元件來(lái)降低開(kāi)關(guān)損耗。最后，仍然需要使用開(kāi)關(guān)電源(SMPS)專(zhuān)有技術(shù)，******限度地提高給定設(shè)計(jì)的效率。

面對(duì)越來(lái)越嚴(yán)格的能效等級(jí)，電源半導(dǎo)體產(chǎn)品面臨著全新的技術(shù)需求挑戰(zhàn)，未來(lái)幾年，面對(duì)越來(lái)越嚴(yán)格的能效等級(jí)，新能源、照明、電信、智能電網(wǎng)、智能家電等市場(chǎng)都具有巨大的增長(zhǎng)空間，智能化電源將會(huì)受到越來(lái)越多的青睞。另外，嚴(yán)格的能效等級(jí)也會(huì)促進(jìn)電源管理產(chǎn)品向高效、節(jié)能、環(huán)保的方向發(fā)展。如何提高系統(tǒng)電源的效率是市場(chǎng)所關(guān)心的問(wèn)題之一，注重滿載效率的同時(shí)，輕載效率，靜態(tài)功耗也成為設(shè)計(jì)人員的關(guān)注點(diǎn)。

安森美半導(dǎo)體電源市場(chǎng)全球銷(xiāo)售及營(yíng)銷(xiāo)高級(jí)總監(jiān)鄭兆雄總結(jié)電源半導(dǎo)體產(chǎn)品的主體發(fā)展趨勢(shì)體現(xiàn)在以下方面。

1 高能效：提高從滿負(fù)載到待機(jī)(空載)等完整負(fù)載范圍內(nèi)的能效，且要提升散熱性能。

2 減小尺寸及提升功率密度：利用優(yōu)化的開(kāi)關(guān)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更小電源、提高集成度、降低物料單(BOM)元件數(shù)量及成本。

3 全球法規(guī)及能效標(biāo)準(zhǔn)更趨嚴(yán)格：要確保方案符合規(guī)范要求，配合功率因數(shù)校正(PFC)及待機(jī)能耗要求。

電源管理與功率半導(dǎo)體是改善能效中非常重要的兩個(gè)部分。在日常生活中，功率半導(dǎo)體應(yīng)用于從移動(dòng)通信到航天電子的廣泛電子應(yīng)用之中。最普遍的功率應(yīng)用是轉(zhuǎn)換、管理和分配。這些應(yīng)用的基本子系統(tǒng)包括AC-DC、DC-DC和DC-AC，所有三種子系統(tǒng)的主要發(fā)展推動(dòng)力量是采用性能更高的開(kāi)關(guān)和控制電路。發(fā)展趨勢(shì)是在系統(tǒng)加入更多的功率電子內(nèi)容，以便提供各種功能如更便捷的顯示(用于消費(fèi)電子產(chǎn)品的LED顯示)、通信(聯(lián)網(wǎng))，以及系統(tǒng)監(jiān)控和保護(hù)。為了迎合系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)，功率半導(dǎo)體供應(yīng)商正在推出具有高能效水平、高集成度和多電源軌的器件。

           

在功率分立器件方面，MOSFET正在從平面技術(shù)轉(zhuǎn)向Super Junction (電荷平衡)技術(shù)，以期改善導(dǎo)通狀態(tài)電阻率(Rds(on))并實(shí)現(xiàn)快速開(kāi)關(guān)。至于IGBT技術(shù)，則應(yīng)用溝槽技術(shù)來(lái)減小片上橫向隔離結(jié)構(gòu)的尺寸，有助于減小芯片面積，同時(shí)保持性能。據(jù)報(bào)道，功率分立器件供應(yīng)商幾乎達(dá)到了基底材料，硅材料的極限。因而，新材料半導(dǎo)體器件預(yù)計(jì)將會(huì)替代傳統(tǒng)的硅半導(dǎo)體器件。寬能帶隙(WBG)半導(dǎo)體器件如SiC和GaN開(kāi)關(guān)正在涌現(xiàn)，這些器件采用高成本效益的工藝技術(shù)來(lái)達(dá)到規(guī)模經(jīng)濟(jì)效益，從而保障大批量生產(chǎn)率。大規(guī)模推出WBG半導(dǎo)體的速度取決于市場(chǎng)的需求。市場(chǎng)對(duì)高效率、高密度和高溫度應(yīng)用器件的需求不斷增長(zhǎng)，推動(dòng)功率半導(dǎo)體供應(yīng)商以較預(yù)期更快的速度投入WBG半導(dǎo)體產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)之中。

即便市場(chǎng)需要更高效的產(chǎn)品，功率半導(dǎo)體客戶也仍然需要提升價(jià)值。例如，進(jìn)一步改進(jìn)大多數(shù)廣泛使用的硅器件，比如IGBT需要降低Vceon的來(lái)減少功率損耗，縮小芯片面積來(lái)降低成本，以及利用創(chuàng)新的芯片貼裝技術(shù)來(lái)擴(kuò)大溫度范圍并提高可靠性，這些都是今天的市場(chǎng)所需要的。美高森美功率產(chǎn)品部門(mén)戰(zhàn)略業(yè)務(wù)發(fā)展總監(jiān)Keith Westrum介紹，他們和客戶正在探索使用更高的工作頻率來(lái)減少實(shí)物的尺寸和降低其產(chǎn)品的總體成本。

飛兆半導(dǎo)體中國(guó)區(qū)銷(xiāo)售總監(jiān)王劍介紹，功率管理IC用于多種消費(fèi)產(chǎn)品和計(jì)算應(yīng)用的各種功率轉(zhuǎn)換和分配電路中，包括手機(jī)、汽車(chē)電子和工業(yè)等應(yīng)用。近期，人們將功率管理IC嵌入在超便攜設(shè)備、手機(jī)和膝上型電腦的智能功率管理IC中，這項(xiàng)集成是通過(guò)改進(jìn)制造工藝和設(shè)計(jì)技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。功率管理IC的另一項(xiàng)功能是照明管理。最近推出的高效率白光LED為消費(fèi)產(chǎn)品、計(jì)算產(chǎn)品和手機(jī)提供了新型照明單元，可以實(shí)現(xiàn)從簡(jiǎn)單的功率管理到調(diào)光、智能驅(qū)動(dòng)、接口和保護(hù)功能的多種功能(如OTP、OVP、OCP、反向電池電流保護(hù)等)。

談及挑戰(zhàn)，國(guó)際整流器公司亞太區(qū)銷(xiāo)售副總裁潘大偉看到，受氣候變化、能源安全與成本、全球經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人口增長(zhǎng)等問(wèn)題的影響，大眾關(guān)心的焦點(diǎn)轉(zhuǎn)移到了能效上。尤其是在家用電器市場(chǎng)內(nèi)，新法規(guī)、標(biāo)簽計(jì)劃和對(duì)更高性能的需求促使制造商利用永磁變速驅(qū)動(dòng)器取代采用AC感應(yīng)或者有刷DC電機(jī)的機(jī)電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。然而，電子控制單元的設(shè)計(jì)很復(fù)雜，并且涉及3個(gè)方面 - 數(shù)字、模擬和功率級(jí)。同時(shí)，設(shè)計(jì)者必須以較低的成本為大批量電器市場(chǎng)實(shí)現(xiàn)高性能。

注重系統(tǒng)級(jí)的電源設(shè)計(jì)

從市場(chǎng)角度來(lái)看，消費(fèi)者期望更高的系統(tǒng)效率。這意味著對(duì)整機(jī)輕載和待機(jī)功耗的關(guān)注度越來(lái)越高，也更加注重系統(tǒng)級(jí)電源管理。Maxim戰(zhàn)略市場(chǎng)應(yīng)用經(jīng)理Jon Day表示，在現(xiàn)有半導(dǎo)體技術(shù)基礎(chǔ)上，芯片本身的效率仍在增長(zhǎng)，但增幅較緩。而對(duì)效率的大幅提升需要依靠電源子系統(tǒng)的遠(yuǎn)端控制。使得用戶可以針對(duì)整體的系統(tǒng)負(fù)載進(jìn)行優(yōu)化，設(shè)計(jì)出尺寸越來(lái)越小、效率越來(lái)越高的電源。

ADI公司電源管理部門(mén)市場(chǎng)工程師張潔萍補(bǔ)充了另外一些變化，電源管理技術(shù)供應(yīng)商已不僅僅局限在電源技術(shù)本身，同時(shí)更多地關(guān)注系統(tǒng)信號(hào)鏈的把握和系統(tǒng)的應(yīng)用。在系統(tǒng)的角度，通過(guò)器件帶有的特性提升整體工作效率。比如,電源器件通過(guò)檢測(cè)系統(tǒng)的工作狀態(tài)，如動(dòng)態(tài)的調(diào)節(jié)輸出電壓來(lái)達(dá)到效率優(yōu)化的目的。另外，隨著系統(tǒng)容量的不斷擴(kuò)充及空間的考量，電源的通道數(shù)有所增加，電源器件通過(guò)檢測(cè)輸出功率，調(diào)節(jié)輸出通道的開(kāi)通與關(guān)斷來(lái)達(dá)到提升系統(tǒng)效率的目的。從工藝角度來(lái)看，功率器件工藝的改進(jìn)是提高效率的關(guān)鍵。

電源產(chǎn)品制造商面臨的兩大挑戰(zhàn)也許是：在產(chǎn)品壽命期內(nèi)降低系統(tǒng)的總體擁有成本;就功耗而言使系統(tǒng)更經(jīng)濟(jì)，即提高工作效率以使系統(tǒng)更“綠色”。 凌力爾特電源產(chǎn)品部產(chǎn)品市場(chǎng)總監(jiān)Tony Armstrong介紹，盡管電源管理對(duì)新式電子系統(tǒng)的可靠工作至關(guān)重要，但是在今天的系統(tǒng)中，穩(wěn)壓器也許是仍然存在的最后“盲點(diǎn)”之一，人們沒(méi)有辦法直接配置或監(jiān)視關(guān)鍵電源系統(tǒng)工作參數(shù)。因此，電源設(shè)計(jì)師一直被迫使用一大堆混在在一起的排序器、微控制器和電壓監(jiān)察器，以設(shè)定基本穩(wěn)壓器的啟動(dòng)和安全功能。數(shù)字可編程 DC/DC 轉(zhuǎn)換器已經(jīng)上市很多年了，特別是具備 VID 輸出電壓控制的 VRM 內(nèi)核電源。不過(guò)，直接從穩(wěn)壓器監(jiān)視工作狀態(tài)信息的能力一直缺失，尤其是直接監(jiān)視實(shí)時(shí)電流的能力。

使用標(biāo)準(zhǔn)串行數(shù)字總線 (例如 I2C) 可與數(shù)字 DC/DC 轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單和高效率的通信，PMBus 等新出現(xiàn)的標(biāo)準(zhǔn)方便了組件互操作性的實(shí)現(xiàn)。重要的穩(wěn)壓器參數(shù) (包括啟動(dòng)特性和定時(shí)、輸出電壓和電流限制、裕度調(diào)節(jié)規(guī)格、以及過(guò)壓和欠壓監(jiān)控限制) 都能以數(shù)字方式直接設(shè)定，而不用電阻器和耗費(fèi)空間的排序及監(jiān)視產(chǎn)品來(lái)設(shè)定。此外，諸如溫度以及輸入和輸出電壓及電流等關(guān)鍵工作參數(shù)可以得到常規(guī)監(jiān)視，并用來(lái)優(yōu)化系統(tǒng)性能和可靠性。

Tony Armstrong特別強(qiáng)調(diào)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)師需要克服的一個(gè)重大障礙是，器件處于低功率或備用模式時(shí)的功耗，因?yàn)檫@時(shí)仍然從電池或電源插座吸取電流。因此，自上世紀(jì) 90 年代早期開(kāi)始，凌力爾特一直生產(chǎn)同時(shí)具備高效率轉(zhuǎn)換和低靜態(tài)電流的電源管理 IC。通過(guò)采用新的設(shè)計(jì)方法，以在電源管理和轉(zhuǎn)換 IC 中，在負(fù)載電流很大時(shí)實(shí)現(xiàn)高效率轉(zhuǎn)換，我們可以應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)。同時(shí)，當(dāng)這些 IC 置于備用或停機(jī)模式時(shí)，很多新的電源轉(zhuǎn)換產(chǎn)品也具備了較低的靜態(tài)電流，以便設(shè)計(jì)師能非常容易地發(fā)現(xiàn)合適的產(chǎn)品，以使其最終系統(tǒng)能更加環(huán)保。

便攜電源設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)

便攜產(chǎn)品本來(lái)就是對(duì)電源管理非?？量痰男袠I(yè)，隨著便攜設(shè)備越來(lái)越普及，對(duì)便攜設(shè)備的電源設(shè)計(jì)能效要求也越來(lái)越強(qiáng)烈，并成為電源設(shè)計(jì)的主戰(zhàn)場(chǎng)。

便攜式產(chǎn)品集成的功能越來(lái)越多，集功能娛樂(lè)于一體。對(duì)于便攜電源產(chǎn)品，由于空間的限制，要求芯片級(jí)產(chǎn)品具有更小的體積，更高的集成度，更少的外圍器件。這就意味著電源管理IC要應(yīng)對(duì)電池使用時(shí)間、高集成性、可靠性、外形因子以及成本等方面的挑戰(zhàn)。而目前，張潔萍認(rèn)為便攜式移動(dòng)設(shè)備的電源管理系統(tǒng)還是存在一些技術(shù)上的難題，主要體現(xiàn)在：

1. 電源管理系統(tǒng)中最根本的問(wèn)題：如何提高電源效率。

2. 平衡效率與尺寸：提高頻率可以使用較小的電感，這樣可以有效的減少PCB面積。但提高頻率的同時(shí)，也會(huì)降低系統(tǒng)的效率，所以在工作頻率和PCB面積間需要找到一個(gè)合理的平衡點(diǎn)。

3. RF和音頻線路則要求電源管理系統(tǒng)具有更低的噪音和更高的隔離。

就便攜式產(chǎn)品的設(shè)計(jì)而言，除了上面所列的存在很多系統(tǒng)設(shè)計(jì)師必須克服的關(guān)鍵問(wèn)題。Tony Armstrong認(rèn)為還有一個(gè)最重要的問(wèn)題是怎樣讓熱量從設(shè)備中散發(fā)出來(lái)，因?yàn)檫@類(lèi)設(shè)備沒(méi)有風(fēng)扇用來(lái)實(shí)現(xiàn)冷卻。因此，這類(lèi)產(chǎn)品內(nèi)部使用的電源轉(zhuǎn)換 IC 必須是熱效率非常高的，因?yàn)殡娫崔D(zhuǎn)換效率欠佳會(huì)產(chǎn)生熱量。這種熱量是在能量傳遞過(guò)程中于穩(wěn)壓器中損失的功率產(chǎn)生的。此外，在很多便攜式設(shè)備內(nèi)部，用于實(shí)現(xiàn)冷卻的空氣流動(dòng)有限，散熱器也受到限制，因?yàn)檫@類(lèi)產(chǎn)品本身的尺寸和可用空間有限。這導(dǎo)致在小型、緊湊的外形中，裝入的是密集排列的印刷電路板。因此，將熱量排出產(chǎn)品的途徑有限。這種熱量就等于工作環(huán)境溫度的上升，這又可能對(duì)產(chǎn)品的可靠性產(chǎn)生不利影響。

DC/DC 轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換效率可以按照輸出功率除以輸入功率計(jì)算，或者換一種方式，按照負(fù)載功率除以輸入功率計(jì)算。在電源轉(zhuǎn)換過(guò)程中產(chǎn)生熱量所導(dǎo)致的結(jié)果是，系統(tǒng)設(shè)計(jì)師必須仔細(xì)考慮應(yīng)該使用什么類(lèi)型的穩(wěn)壓器。因此，在很多制造商中出現(xiàn)的一種常見(jiàn)的趨勢(shì)是，采用開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器而不是更簡(jiǎn)單的線性低壓差穩(wěn)壓器，因?yàn)殚_(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器可以更高的效率工作。

在幾乎任何類(lèi)型的電池供電便攜式設(shè)備中都需要多個(gè)電壓軌，這種情況非常常見(jiàn)。這些軌包括多個(gè)微處理器軌和大量特別功能電壓軌。因此，對(duì)提供必要功率的電池需求已經(jīng)極大地增加了。不過(guò)，電池的外形尺寸一直保持相對(duì)較小，而且功率密度僅實(shí)現(xiàn)了適度增加。結(jié)果，在幾乎任何手持便攜式設(shè)備中，電池運(yùn)行時(shí)間和良好的熱量管理都成為了非常重要的賣(mài)點(diǎn)。這導(dǎo)致需要非常緊湊和高效率的多輸出同步降壓型轉(zhuǎn)換器。

同步降壓型轉(zhuǎn)換器與傳統(tǒng)線性穩(wěn)壓器相比，已經(jīng)在電池運(yùn)行時(shí)間上有了極大改進(jìn)。此外，這類(lèi)轉(zhuǎn)換器提供 96% 左右的效率，幾乎無(wú)需任何散熱器。因此，就電源轉(zhuǎn)換 IC 而言，Tony Armstrong看到的一個(gè)日益增強(qiáng)的趨勢(shì)是，提供多輸出器件，例如 6 到 8 個(gè)通道，而且所有通道都是同步降壓型轉(zhuǎn)換器，以在很寬的電流范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)高效率轉(zhuǎn)換，同時(shí)以高于 2MHz 的開(kāi)關(guān)頻率工作，以保持盡可能小的外部組件尺寸和解決方案占板面積。

便攜設(shè)備集成的功能越來(lái)越多，功耗也越來(lái)越高，而電池容量及技術(shù)的進(jìn)展仍然緩慢。鄭兆雄強(qiáng)調(diào)，便攜設(shè)備設(shè)計(jì)人員必須適應(yīng)這種結(jié)合許多功能的高集成度趨勢(shì)，提供足夠長(zhǎng)的電池使用時(shí)間，同時(shí)配合消費(fèi)者對(duì)纖薄外形的需求。為了應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)，可行策略是在選擇集成多種功能的主芯片組，同時(shí)選用高集成度的電源管理集成電路(PMIC)，幫助簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，使控制電源所需的資源減至最少，并將外形因子保持在可控范圍之內(nèi)。雖然高集成度PMIC的應(yīng)用日益增多，但隨著便攜產(chǎn)品功能不斷增多，集成度相對(duì)較低的電源轉(zhuǎn)換IC的需求也增加了，以此配合增加新功能。

新的競(jìng)爭(zhēng)需求

電源半導(dǎo)體是個(gè)技術(shù)發(fā)展相對(duì)平穩(wěn)的行業(yè)，新技術(shù)的出現(xiàn)并不多，但是在更高能效需求驅(qū)動(dòng)下，如何幫助客戶應(yīng)用新技術(shù)更快更高效進(jìn)行電源設(shè)計(jì)，就成為電源半導(dǎo)體廠商競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn)。

綠色、環(huán)保、節(jié)能一直是這幾年電源動(dòng)力系統(tǒng)技術(shù)創(chuàng)新的重點(diǎn)。隨著綠色技術(shù)在各行業(yè)的不斷滲透，新的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)也在推動(dòng)產(chǎn)品升級(jí)。照明、電信、智能電網(wǎng)、智能家電等領(lǐng)域同樣具有巨大的增長(zhǎng)空間，也是電源廠商重點(diǎn)關(guān)注的方向。節(jié)能主要體現(xiàn)在電源產(chǎn)品本身的節(jié)能和整體機(jī)房節(jié)能，而“綠色”主要體現(xiàn)在提高整機(jī)效率、減少對(duì)電網(wǎng)的干擾以及節(jié)省空間、節(jié)約成本等方面。另外，模塊化電源、網(wǎng)絡(luò)化電源等也是目前的關(guān)注焦點(diǎn)。模塊化電源，除了能提高電源供應(yīng)的可靠性，企業(yè)自身還可根據(jù)用電負(fù)載選配模塊。因此，廠商們?nèi)绻胍诩ち业氖袌?chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中保持甚至提高市場(chǎng)占有率，持續(xù)技術(shù)和產(chǎn)品創(chuàng)新是重中之重。

面對(duì)這個(gè)問(wèn)題，鄭兆雄認(rèn)為，電源設(shè)計(jì)相關(guān)的新技術(shù)包括兩方面，一方面，可以采用創(chuàng)新的電源架構(gòu)來(lái)優(yōu)化電源在完整負(fù)載范圍內(nèi)的能效;另一方面，可以細(xì)致分析電源各個(gè)可能的功率損耗來(lái)源，采取針對(duì)性的措施來(lái)減小功率損耗，進(jìn)而提升能效，并配合減小尺寸及提升功率密度。例如，當(dāng)今的電源設(shè)計(jì)人員不僅要提供更高的滿載及典型負(fù)載工作能效，也要優(yōu)化電源在輕載條件下的能效，從而在完整負(fù)載范圍內(nèi)均能提供優(yōu)異的高能效性能。

王劍介紹，飛兆半導(dǎo)體的業(yè)務(wù)重點(diǎn)仍然是能效及移動(dòng)連接性的主要應(yīng)用和市場(chǎng)。一直是追求功率密度領(lǐng)導(dǎo)地位，Dual Cool新型功率專(zhuān)用封裝技術(shù)，以滿足電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)對(duì)更高效熱管理的不斷攀升的嚴(yán)苛要求。該技術(shù)通過(guò)在封裝頂部增加一個(gè)散熱塊，在垂直MOSFET裸片結(jié)構(gòu)的漏極和源極形成一條直接散熱路徑。利用這種結(jié)構(gòu)，除了到印制電路板的直接傳導(dǎo)路徑之外，還能利用一個(gè)散熱系統(tǒng)在封裝頂部實(shí)現(xiàn)額外的冷卻。

最近，為了提升效率和控制性能，許多馬達(dá)控制應(yīng)用已經(jīng)采用了逆變器解決方案。即便在家用電器領(lǐng)域，BLDC逆變器解決方案正在普及。不過(guò)，關(guān)鍵問(wèn)題是如何提高這些解決方案的成本效益和可靠性，許多功率器件供應(yīng)商針對(duì)這一市場(chǎng)推出分立器件或模塊解決方案。制造商喜好使用模塊解決方案，因?yàn)橄啾确至⒔鉀Q方案，模塊解決方案具有數(shù)項(xiàng)優(yōu)勢(shì)。首先，模塊方案有助于提高系統(tǒng)的可靠性和效率。許多成套設(shè)備開(kāi)發(fā)人員在設(shè)計(jì)功率部件和柵極驅(qū)動(dòng)電路時(shí)遇到了困難，因其布局周邊是非常敏感的。而模塊解決方案在設(shè)計(jì)中考慮了這些因素，以期減小雜散電阻/電感并優(yōu)化開(kāi)關(guān)特性，這可以通過(guò)優(yōu)化硅晶片安排及縮短引線粘接長(zhǎng)度來(lái)實(shí)現(xiàn)。

近年來(lái)，由于越來(lái)越需要高能效應(yīng)用，所以電源管理迅速提到設(shè)計(jì)日程上來(lái)，成了工程師需要解決的首要問(wèn)題。由于希望系統(tǒng)能夠提供更多功能，所以多種終端設(shè)備的功率電平和電源密度要求在不斷提高。這就要求電源管理解決方案能夠以更小的解決方案尺寸提供更高的電和熱效率，同時(shí)還要滿足嚴(yán)格的法規(guī)要求和終端用戶對(duì)更高能效的需求。潘大偉介紹，IR采取的戰(zhàn)略包括構(gòu)建更高效的功率半導(dǎo)體技術(shù)和產(chǎn)品與新封裝解決方案，讓用戶無(wú)需提高成本即可提高應(yīng)用效率。我們還提供用戶輕松、快速評(píng)估和實(shí)現(xiàn)這些新電源管理技術(shù)所需的工具和工程支持。隨著設(shè)計(jì)者和技術(shù)人員逐漸接近芯片的物理極限，進(jìn)一步提升性能就變得越來(lái)越復(fù)雜，并且需要付出高昂的代價(jià)方可實(shí)現(xiàn)。某些情況下，為了提高系統(tǒng)的電源密度和減少能源浪費(fèi)，同時(shí)縮小系統(tǒng)尺寸，降低復(fù)雜度和削減成本，需要新技術(shù)來(lái)構(gòu)建元件，而其它情況下，則需要新材料。除了努力提高現(xiàn)有硅基電源器件的效率和集成度，IR還將重點(diǎn)開(kāi)發(fā)GaN基解決方案。

目前在電源管理領(lǐng)域有很多熱點(diǎn)技術(shù)，而新技術(shù)的一個(gè)典型例子是來(lái)自可替代能源領(lǐng)域。顯然，任何專(zhuān)注于應(yīng)對(duì)這一領(lǐng)域的電源管理產(chǎn)品都將有極大的增長(zhǎng)潛力。

對(duì)環(huán)境能源進(jìn)行非常少量的收集和管理，可以借用該能源能用來(lái)執(zhí)行各種功能，以達(dá)到部分節(jié)能與提高能效的目的，例如監(jiān)視大樓中的 HVAC 系統(tǒng)，從而使能源利用效率更高。在我們周?chē)嬖谥S許多多的環(huán)境能量，能量收集的傳統(tǒng)方法一直是借助太陽(yáng)能電池板和風(fēng)力發(fā)電機(jī)。不過(guò)，新的收集手段允許我們利用各種各樣的環(huán)境能量源來(lái)產(chǎn)生電能。此外，重要之處并非電路的能量轉(zhuǎn)換效率，而是更多地在于可為其供電的“平均收集”能量值。例如：熱電發(fā)生器可將熱量轉(zhuǎn)換為電力、壓電元件可轉(zhuǎn)換機(jī)械振動(dòng)、光伏元件用于轉(zhuǎn)換陽(yáng)光 (或任何光子源)、而流電元件則可從濕氣實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換。這使得能夠給遠(yuǎn)程傳感器供電或?qū)﹄娔艽鎯?chǔ)器件 (例如：電容器或薄膜電池) 進(jìn)行充電，從而可為微處理器或發(fā)送器實(shí)施遠(yuǎn)程供電，而無(wú)需使用本地電源。Tony Armstrong認(rèn)為，這反過(guò)來(lái)又為將凌力爾特的能量收集產(chǎn)品用作潛在的解決方案帶來(lái)了機(jī)會(huì)。

可替代能源帶來(lái)了很多機(jī)會(huì)，其中一個(gè)非常典型的例子是太陽(yáng)能供電的電子設(shè)備市場(chǎng)。隨著各公司不斷尋求降低能耗的方式，該市場(chǎng)也在持續(xù)增長(zhǎng)。例如智能電表，這類(lèi)電表用在智能電網(wǎng)上，希望由環(huán)境能源供電，以降低工作所需的能源成本。一個(gè)可行和充足的能源是太陽(yáng)能。不過(guò)，因?yàn)樘?yáng)能是易變和不可靠的，幾乎所有太陽(yáng)能供電的設(shè)備都具備可再充電電池。因此，一個(gè)重要的目標(biāo)是，抽取盡可能多的太陽(yáng)能以給這些電池快速充電，并保持它們的充電狀態(tài)，以在沒(méi)有太陽(yáng)可用時(shí)將電池用作能源。

數(shù)字模擬的博弈

模擬電源和數(shù)字電源經(jīng)過(guò)幾年的博弈，目前進(jìn)入相對(duì)平衡的一個(gè)階段，比較而言數(shù)字電源和模擬電源各有優(yōu)勢(shì)。如數(shù)字電源更靈活，但在響應(yīng)速度、成本及占位面積方面，相比模擬電源仍有不少差距?？偟膩?lái)看，模擬電源仍占據(jù)主導(dǎo)地位，特別是在不需要額外數(shù)字控制功能的應(yīng)用中，模擬電源及電源管理芯片毫無(wú)疑問(wèn)是******。安森美的鄭兆雄直言，領(lǐng)先的高性能、高能效電源方案供應(yīng)商在模擬電源領(lǐng)域也不斷創(chuàng)新，包括以創(chuàng)新的電源架構(gòu)來(lái)配合提升電源能效，應(yīng)對(duì)更加嚴(yán)格的能效要求，使模擬電源在未來(lái)仍有極廣闊的發(fā)展空間。MAXIM的Jon Day則表示，目前對(duì)于數(shù)字和模擬控制方案的對(duì)比大多集中在性能方面，但應(yīng)該看到模擬方案在成本上仍然有一定的優(yōu)勢(shì)。不過(guò)隨著數(shù)字電路轉(zhuǎn)向更小的尺寸，這種情況將會(huì)發(fā)生逆轉(zhuǎn)。數(shù)字方案的主要優(yōu)勢(shì)在于遠(yuǎn)端控制的靈活性以及簡(jiǎn)潔的控制架構(gòu)——無(wú)論在用戶級(jí)還是系統(tǒng)管理級(jí)。

當(dāng)然，作為新技術(shù)出現(xiàn)的數(shù)字電源，必然有其自身的優(yōu)勢(shì)才具有了挑戰(zhàn)模擬電源的可能。以數(shù)據(jù)中心為例，如果數(shù)字電源設(shè)計(jì)正確，就可以降低數(shù)據(jù)中心能耗、加快產(chǎn)品上市、具備卓越的穩(wěn)定性和瞬態(tài)響應(yīng)、并在諸如網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中提高系統(tǒng)總體可靠性。網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的系統(tǒng)設(shè)計(jì)師需要提高系統(tǒng)的數(shù)據(jù)吞吐量和性能，并增加功能。同時(shí)，還有一種壓力，就是降低系統(tǒng)總體功耗。數(shù)據(jù)中心面臨的挑戰(zhàn)是，通過(guò)重新安排工作流程，并將作業(yè)轉(zhuǎn)移到未得到充分利用的服務(wù)器上以使其他服務(wù)器能停機(jī)，來(lái)降低總體功耗。為了滿足這些要求，有必要知道最終用戶設(shè)備的功耗。恰當(dāng)設(shè)計(jì)的數(shù)字電源管理系統(tǒng)可向用戶提供功耗數(shù)據(jù)，允許做出智能能源管理決策。

Tony Armstrong的觀點(diǎn)中，數(shù)字電源系統(tǒng)管理的一個(gè)主要好處是，設(shè)計(jì)成本降低，且產(chǎn)品能更快上市。采用一種具直觀圖形用戶界面 (GUI) 的綜合開(kāi)發(fā)環(huán)境可高效地開(kāi)發(fā)復(fù)雜的多電源軌系統(tǒng)。另外，此類(lèi)系統(tǒng)還可通過(guò)該 GUI 實(shí)現(xiàn)變更 (取代了“白線”安裝焊接法)，從而簡(jiǎn)化了線路內(nèi)測(cè)試 (ICT) 和電路板調(diào)試。另一個(gè)好處是，由于有實(shí)時(shí)遙測(cè)數(shù)據(jù)可用，所以有可能預(yù)測(cè)電源系統(tǒng)故障，并采取預(yù)防措施。也許最重要的是，具備數(shù)字管理功能的 DC/DC 轉(zhuǎn)換器使設(shè)計(jì)師能開(kāi)發(fā)“綠色”電源系統(tǒng)，在負(fù)載點(diǎn)、電路板、支架甚至安裝階段，以最低限度的能源使用量，達(dá)到目標(biāo)性能 (計(jì)算速度、數(shù)據(jù)傳輸速率等)，從而在產(chǎn)品的壽命期內(nèi)，降低基礎(chǔ)設(shè)施成本和總體擁有成本。

王劍從模塊的角度分析了數(shù)字電源的走俏。制造商喜好使用模塊解決方案，因?yàn)橄啾确至⒔鉀Q方案，模塊解決方案具有數(shù)項(xiàng)優(yōu)勢(shì)。首先，模塊方案有助于提高系統(tǒng)的可靠性和效率。許多成套設(shè)備開(kāi)發(fā)人員在設(shè)計(jì)功率部件和柵極驅(qū)動(dòng)電路時(shí)遇到了困難，因其布局周邊是非常敏感的。而模塊解決方案在設(shè)計(jì)中考慮了這些因素，以期減小雜散電阻/電感并優(yōu)化開(kāi)關(guān)特性，這可以通過(guò)優(yōu)化硅晶片安排及縮短引線粘接長(zhǎng)度來(lái)實(shí)現(xiàn)。其次，模塊方案能夠簡(jiǎn)化成套設(shè)備的設(shè)計(jì)和制造過(guò)程。最近，瞄準(zhǔn)家用電器的低成本模塊產(chǎn)品集成了某些不可缺少的外設(shè)，如 Bootstrap 二極管和NTC熱敏電阻，以及具有較低熱阻的隔離基底材料，能夠簡(jiǎn)化裝配過(guò)程并提高散熱性能。