【導(dǎo)讀】未來半導(dǎo)體在電源管理的應(yīng)用與創(chuàng)新主要在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、網(wǎng)絡(luò)通信、汽車電子、可穿戴設(shè)備/便攜式醫(yī)療設(shè)備等方面。本文采訪眾多企業(yè)，分享其在電源IC領(lǐng)域發(fā)展趨勢(shì)及解決方案。
2014年，中國(guó)集成電路市場(chǎng)規(guī)模首次突破萬億大關(guān)，達(dá)到了創(chuàng)紀(jì)錄的10393.1億元，同比增長(zhǎng)13.4%，如圖1所示。與此同時(shí)，2014年，中國(guó)中國(guó)電源管理芯片市場(chǎng)實(shí)現(xiàn)銷售額532.8億元，市場(chǎng)規(guī)模實(shí)現(xiàn)12.1%的大幅增長(zhǎng)，如圖2所示。
賽迪顧問韓曉敏表示：未來半導(dǎo)體在電源管理的應(yīng)用與創(chuàng)新主要在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、網(wǎng)絡(luò)通信、汽車電子和可穿戴設(shè)備/便攜式醫(yī)療設(shè)備等方面。
工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)：十三五期間，伴隨著中國(guó)工業(yè)升級(jí)的需求釋放以及工業(yè)4.0戰(zhàn)略的實(shí)施，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)將成為中國(guó)集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一個(gè)重點(diǎn)領(lǐng)域。屆時(shí)，從前端的傳感器到中后端的無線互聯(lián)、嵌入式處理器、智能電源管理等集成電路產(chǎn)品都將獲得巨大的市場(chǎng)機(jī)會(huì)。在工業(yè)領(lǐng)域，相比較與消費(fèi)電子產(chǎn)品的小型化集成化和低功耗趨勢(shì)，電源管理IC產(chǎn)品更加注重安全性與穩(wěn)定性。
網(wǎng)絡(luò)通信：以通信基站、數(shù)據(jù)中心等為代表的網(wǎng)絡(luò)通信市場(chǎng)在十三五期間仍將是電源管理IC重要的細(xì)分市場(chǎng)。中國(guó)4G LET網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)全面鋪開建設(shè)，未來將會(huì)進(jìn)一步升級(jí)到5G。隨著云計(jì)算和大數(shù)據(jù)技術(shù)的不斷推進(jìn)，十三五期間各種相關(guān)服務(wù)提供商對(duì)數(shù)據(jù)中心的建設(shè)將會(huì)是電源管理市場(chǎng)的重點(diǎn)之一。此外，小型基站設(shè)備將會(huì)是網(wǎng)絡(luò)通信市場(chǎng)的熱點(diǎn)之一，低功耗和高度智能化的電源管理IC將會(huì)是其中最主要的模塊之一。
汽車電子：中國(guó)的汽車工業(yè)發(fā)展迅速，汽車產(chǎn)品的升級(jí)換代加速，帶動(dòng)汽車電子產(chǎn)品中的電源管理IC增長(zhǎng)。尤其是新能源汽車的發(fā)展，電源管理IC將成為影響其普及程度的關(guān)鍵因素。高度集成的電源管理模塊將實(shí)現(xiàn)更低的系統(tǒng)成本、更高的可靠性以及更低的系統(tǒng)復(fù)雜性。
可穿戴設(shè)備/便攜式醫(yī)療設(shè)備：隨著智能手機(jī)的普及，移動(dòng)終端在下一階段的方向?qū)⒏M(jìn)一步向小型化便攜化和專業(yè)功能化發(fā)展，目前的智能手環(huán)、智能手表就是代表之一。電源管理IC將進(jìn)一步在低功耗技術(shù)上取得進(jìn)展。無論是采取新的制造工藝還是采取更加優(yōu)化的設(shè)計(jì)策略，更低的功耗仍將是電源管理IC在消費(fèi)電子類產(chǎn)品上最為重要的指標(biāo)。同時(shí)，隨著大健康產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，作為集成電路產(chǎn)品在醫(yī)療行業(yè)最集中的體現(xiàn)，便攜式醫(yī)療電子設(shè)備市場(chǎng)也將進(jìn)入高速發(fā)展期。在傳統(tǒng)便攜式醫(yī)療電子之外，醫(yī)療電子與便攜式電子設(shè)備的結(jié)合也將成為行業(yè)的熱點(diǎn)。同樣，電源管理IC在該細(xì)分市場(chǎng)的應(yīng)用仍將以低功耗方向?yàn)橹鳌?/div>
凌力爾特：能量收集
在我們的周圍存在著許許多多的環(huán)境能量，實(shí)現(xiàn)能量收集或節(jié)能的傳統(tǒng)方法一直是借助太陽能電池板和風(fēng)力發(fā)電機(jī)。不過，新的收集工具允許我們利用各種各樣的環(huán)境能量源來產(chǎn)生電能。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)換陽光 (或任何光子源)、而流電元件 (galvanism) 則可從濕氣實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換。這就有可能給遠(yuǎn)程傳感器供電，或者對(duì)電能存儲(chǔ)器件 (例如：電容器或薄膜電池) 進(jìn)行充電，以便微處理器或發(fā)送器能夠無需本地電源而接受遠(yuǎn)程供電。
然而，正是在功率譜的 “低” 端 (這里，WSN、IoT 和傳感器中的毫微功率轉(zhuǎn)換變得越來越普遍) 才需要那種可以使用非常低的功率和電流的電源轉(zhuǎn)換 IC。這些常常分別是幾十微瓦 (μW) 功率和幾十納安 (nA) 電流。不過，此類工作電流低于 1μA 的電源轉(zhuǎn)換產(chǎn)品 (包括電池充電器) 的供貨源卻是極其有限的。
一般地說，要想被上述這些應(yīng)用所接納和采用，電源轉(zhuǎn)換 IC 必需具備的性能特征包括：
- 低待機(jī)靜態(tài)電流 —— 通常小于 6μA，并可低至 450nA
- 低啟動(dòng)電壓 —— 可低至 20mV
- 高輸入電壓能力 —— 高達(dá) 34V (連續(xù)) 和 40V (瞬態(tài))
- 能夠處理 AC 輸入
當(dāng)然，由環(huán)境收集源所提供的收集能量取決于電源工作多久。因此，比較能量收集電源的主要衡量標(biāo)準(zhǔn)是功率密度，而不是能量密度。能量收集系統(tǒng)的可用功率一般很低、隨時(shí)變化且不可預(yù)測(cè)，因而通常采用了一種與能量收集器和一個(gè)輔助電能儲(chǔ)存器相連的混合結(jié)構(gòu)。收集器 (由于能量供給不受限制和功率不足) 是系統(tǒng)的能量源。輔助電能儲(chǔ)存器 (一個(gè)電池或一個(gè)電容器) 可產(chǎn)生較高的輸出功率，但儲(chǔ)存的能量較少，它在需要的時(shí)候供電，其他情況下則定期接收來自收集器的電荷。所以，在沒有可供收集功率的環(huán)境能量時(shí)，必須采用輔助電能儲(chǔ)存器給 WSN、IoT 設(shè)備或傳感器供電。當(dāng)然，從系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員的角度來看，這進(jìn)一步增加了復(fù)雜性，因?yàn)樗麄儸F(xiàn)在不得不考慮：必須在輔助電能儲(chǔ)存器中儲(chǔ)存多少能量，才能補(bǔ)償環(huán)境能量源的不足。
LTC3388-1/-3 是一款能接受 20V 輸入的同步降壓型轉(zhuǎn)換器，其可提供高達(dá) 50mA 的連續(xù)輸出電流，采用 3mm x 3mm (或 MSOP10-E) 封裝，見圖 4。該器件在 2.7V 至 20V 的輸入電壓范圍內(nèi)工作，因而非常適用于多種能量收集和電池供電型應(yīng)用，包括 “保持運(yùn)作” 的傳感器和工業(yè)控制電源。
Dialog：尺寸小、功耗低和集成度高的解決方案
物聯(lián)網(wǎng)包含許多產(chǎn)品、技術(shù)和應(yīng)用。但就設(shè)備數(shù)量而言，物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)的最大細(xì)分市場(chǎng)包含由微型電池或能量收集系統(tǒng)供電的小型便捷式或可穿戴電子設(shè)備。這些設(shè)備中有許多都會(huì)收集傳感器數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)經(jīng)處理后通過接入節(jié)點(diǎn)或網(wǎng)關(guān)發(fā)送至互聯(lián)網(wǎng)，作為該數(shù)據(jù)鏈的第一個(gè)環(huán)節(jié)，需要使用一種或多種無線協(xié)議。
對(duì)于哪些無線協(xié)議有可能在物聯(lián)網(wǎng)世界占據(jù)主導(dǎo)地位方面，存在許多爭(zhēng)論。但是，大多數(shù)行業(yè)觀察家認(rèn)為Bluetooth® Smart(智能藍(lán)牙)將是許多應(yīng)用下的協(xié)議之選，尤其是對(duì)消費(fèi)性產(chǎn)品，因?yàn)檫@種情況下許多互聯(lián)網(wǎng)連接是通過智能手機(jī)網(wǎng)關(guān)進(jìn)行的。智能手機(jī)、機(jī)頂盒、電視和許多其他消費(fèi)性電子產(chǎn)品已經(jīng)包含藍(lán)牙無線電收發(fā)器，Bluetooth Smart與Wi-Fi相比不僅功耗低，而且更安全。據(jù)分析公司IHS預(yù)測(cè)，到2015年底，每個(gè)移動(dòng)平臺(tái)都將預(yù)裝Bluetooth Smart Ready功能。
半導(dǎo)體創(chuàng)新的焦點(diǎn)集中于降低傳感器、處理器和無線電收發(fā)器的能耗，同時(shí)維持足夠的處理能力和無線電性能，以滿足執(zhí)行任務(wù)的要求。功能集成是實(shí)現(xiàn)功耗最小化的重要策略之一。如果藍(lán)牙無線電收發(fā)器中的基帶處理器有充足的資源來同時(shí)運(yùn)行應(yīng)用程序，就不僅能夠最大限度減小解決方案的尺寸，還能同時(shí)降低其成本和能耗。當(dāng)然，集成必須與有效的電源管理結(jié)伴而行。執(zhí)行每項(xiàng)具體任務(wù)的片上資源必須在需要時(shí)得到充足的電力。甚至有可能按照任務(wù)需要的性能對(duì)處理器進(jìn)行‘調(diào)優(yōu)’，動(dòng)態(tài)控制其時(shí)鐘速度，進(jìn)而控制其性能。
Dialog 半導(dǎo)體公司低能耗連接和VoIP市場(chǎng)總監(jiān)Mark Murphy：Dialog Semiconductor設(shè)計(jì)和制造SmartBond™系統(tǒng)芯片 (SoC)。這些芯片是全球尺寸最小、功耗最低的Bluetooth Smart解決方案，其中每個(gè)芯片都集成了藍(lán)牙低能耗無線電收發(fā)器和ARM® Cortex®-M0應(yīng)用處理器以及智能電源管理。這些器件的尺寸(2.5 mm x 2.5 mm，WLCSP封裝)和功耗只有最接近競(jìng)爭(zhēng)產(chǎn)品的一半，并且只需要五個(gè)外部元件就能構(gòu)成完整的托管式 (hosted) Bluetooth Smart解決方案。對(duì)ARM®處理器的訪問可通過32個(gè)GPIO進(jìn)行。功耗要求如此之低，以致某公司甚至為糖尿病患者開發(fā)了一種智能筆式注射器，筆帽的卸下和重新安放就能產(chǎn)生足夠的能源來讓SmartBondSoC捕獲胰島素的精確注射劑量，并將該數(shù)據(jù)發(fā)送至一個(gè)智能手機(jī)應(yīng)用程序。
ams：傳感器主導(dǎo)的超低功率系統(tǒng)將會(huì)脫穎而出
許多技術(shù)無論是從宏觀還是微觀上都將不斷取得飛速發(fā)展，包括更智能的電源管理IC和HVAC系統(tǒng)，都將取得突破性進(jìn)展，擁有巨大影響力的智能能源技術(shù)將變得越來越重要。由傳感器主導(dǎo)的超低功率系統(tǒng)解決方案將是企業(yè)在競(jìng)爭(zhēng)中脫穎而出的關(guān)鍵。
環(huán)境光傳感、接近感知及手勢(shì)傳感技術(shù)將深入應(yīng)用于三大領(lǐng)域：針對(duì)智能手機(jī)和物聯(lián)網(wǎng)連接設(shè)備的消費(fèi)市場(chǎng);車載娛樂及導(dǎo)航發(fā)展日益成熟的汽車市場(chǎng);成像技術(shù)及傳感器集成快速發(fā)展的醫(yī)療/工業(yè)市場(chǎng)。ams發(fā)現(xiàn)各類低功率可見光傳感器正得到越來越多地應(yīng)用，未來傳感器也會(huì)擴(kuò)展到光譜其他領(lǐng)域，尤其是紅外線光。
此外，由超小型低功率主動(dòng)放大技術(shù)和天線自動(dòng)調(diào)諧技術(shù)實(shí)現(xiàn)的非接觸式支付，能夠帶來安全和可靠的NFC支付，適用于任何手機(jī)的票務(wù)，以及可穿戴產(chǎn)品等一系列廣泛的高度集成設(shè)備，引領(lǐng)又一次偉大的創(chuàng)新。
ams(艾邁斯)中國(guó)區(qū)總經(jīng)理張建臣：ams廣泛的先進(jìn)傳感器解決方案是解決一系列設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)的理想選擇，可應(yīng)用于智能手機(jī)、最先進(jìn)的醫(yī)療及工業(yè)設(shè)備、智能家居和汽車、非接觸式支付、健康與保健等諸多領(lǐng)域，這些都將在高附加值的新興物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)中起到至關(guān)重要的作用。面對(duì)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用市場(chǎng)的未來發(fā)展，ams認(rèn)為除了需要具備提供無與倫比的高精確度、寬動(dòng)態(tài)范圍、高靈敏度及超低功耗解決方案的能力，也需要深入了解物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)不斷發(fā)展過程中的特殊需求并思考該市場(chǎng)未來發(fā)展的需求。ams在光學(xué)傳感器領(lǐng)域具有強(qiáng)大的競(jìng)爭(zhēng)力，主要來自公司對(duì)新的紅外光譜學(xué)領(lǐng)域的研發(fā)，以及傳感器與數(shù)字處理、擴(kuò)充的濾波器裝置、納米光子學(xué)以及先進(jìn)光學(xué)產(chǎn)品系列的集成。
ADI：智能化和物聯(lián)網(wǎng)兩個(gè)大方向
“十二五”計(jì)劃中很重要的兩個(gè)概念和工業(yè)市場(chǎng)有關(guān)，第一個(gè)就是智能化，智能能源和智能電網(wǎng)。“十二五”中重點(diǎn)建設(shè)的智能電網(wǎng)給了企業(yè)很多商機(jī)，特別是在電網(wǎng)的輸電和配電環(huán)節(jié)，對(duì)ADI來說是重點(diǎn)的垂直市場(chǎng)。第二個(gè)就是物聯(lián)網(wǎng)的概念，所謂物聯(lián)網(wǎng)就是把很多的傳統(tǒng)器件，包含工業(yè)器件，連接到數(shù)字化和互聯(lián)網(wǎng)這個(gè)平臺(tái)上來。所以，在工業(yè)自動(dòng)化上，ADI會(huì)有比原來更多的投資，會(huì)看到更多的增長(zhǎng)。
ADI公司市場(chǎng)經(jīng)理張鵬先生表示，ADI針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)新近推出了AD9361無線收發(fā)模擬前端。AD9361是一款高性能、高度集成的RF Agile Transceiver™捷變收發(fā)器。該器件的可編程性和寬帶能力使其成為多種收發(fā)器應(yīng)用的理想選擇。該器件集RF前端與靈活的混合信號(hào)基帶部分為一體，集成頻率合成器，為處理器提供可配置數(shù)字接口，從而簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)導(dǎo)入。AD9361工作頻率范圍為70 MHz至6.0 GHz，涵蓋大部分特許執(zhí)照和免執(zhí)照頻段，支持的通道帶寬范圍為不到200 kHz至56 MHz。該器件可以用于small cell/Femtocell等微基站的設(shè)計(jì)。便于安裝調(diào)試以實(shí)現(xiàn)工廠自動(dòng)化。
ADI對(duì)于智能化工廠的產(chǎn)品主要在工業(yè)組網(wǎng)上。ADI可提供從4~20mA、RS-232、RS-485、CAN、LVDS等多種工業(yè)通訊協(xié)議的芯片，可以支持隔離與非隔離、工業(yè)溫度范圍、含DC-DC隔離電源等技術(shù);還有一些支持短距離無線通訊技術(shù)，提供高性能的、可涵蓋不同頻段的射頻芯片;另外對(duì)于工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)，ADI也在新的處理器中加以考慮。這些芯片都給工業(yè)組網(wǎng)帶來很大的便利。
Intersil ：電源技術(shù)已在物聯(lián)網(wǎng)的推廣
日用電子產(chǎn)品的智能化和聯(lián)網(wǎng)最終將使物聯(lián)網(wǎng)成為一個(gè)價(jià)值數(shù)十億美元的商機(jī)。但物聯(lián)網(wǎng)現(xiàn)在仍是一個(gè)不成熟的終端市場(chǎng)，需要針對(duì)各種終端設(shè)備的互聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)和完善的軟件生態(tài)系統(tǒng)。但有幾點(diǎn)是明確的：移動(dòng)電話是物聯(lián)網(wǎng)的主要推動(dòng)因素，它是訪問由互聯(lián)終端設(shè)備提供的數(shù)據(jù)中樞，另外我們需要大量骨干基礎(chǔ)設(shè)施來支持不斷增加的網(wǎng)絡(luò)負(fù)載和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。從更大的背景來看，據(jù)估計(jì)移動(dòng)通信量將在五年內(nèi)(到2017年)增加12倍。到2017年，聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的數(shù)量有望達(dá)到地球人口數(shù)量的三倍之多。
Intersil在電源管理領(lǐng)域的專長(zhǎng)是許多物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的重點(diǎn)所在。隨著系統(tǒng)功能的增加，電源效率變得尤為重要，電源管理成為目前最重大的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)之一。通過在過去十年間所累積的核心設(shè)計(jì)能力，Intersil的創(chuàng)新能夠?yàn)樽钐籼薜膽?yīng)用節(jié)省功率。我們已經(jīng)將該知識(shí)產(chǎn)權(quán)轉(zhuǎn)化為能顯著延長(zhǎng)電池續(xù)航時(shí)間的新產(chǎn)品。例如，ISL98611是首款將顯示電源和背光LED驅(qū)動(dòng)器集成于單個(gè)芯片的電源管理IC。它顯著增進(jìn)了這兩項(xiàng)功能的效率，使智能手機(jī)電池續(xù)航時(shí)間增加一小時(shí)或更長(zhǎng)時(shí)間。這對(duì)用于集中收集各種始終在線的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用程序來說至關(guān)重要。
對(duì)于像Intersil 這樣的半導(dǎo)體公司而言，物聯(lián)網(wǎng)的骨干很有可能成為最具挑戰(zhàn)性和富有成果的應(yīng)用領(lǐng)域之一。電源的有效設(shè)計(jì)就是要克服既要使網(wǎng)絡(luò)高效運(yùn)行，又要保持其冷態(tài)并且仍然維持系統(tǒng)的可靠性和高密度之間的矛盾。
隨著互聯(lián)的物聯(lián)網(wǎng)終端設(shè)備越來越多的得到了最大的關(guān)注，行業(yè)開始充分理解這些終端設(shè)備對(duì)帶寬和存儲(chǔ)需求的影響，物聯(lián)網(wǎng)所需的基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)量和節(jié)點(diǎn)增加也同樣受到了同等程度的重視。就網(wǎng)絡(luò)的這兩個(gè)方面而言，Intersil的電源技術(shù)已在物聯(lián)網(wǎng)的推廣方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用。
金升陽：新能源汽車DC-DC發(fā)展趨勢(shì)
新能源汽車主要包括插電式混合動(dòng)力汽車、純電動(dòng)汽車等。與傳統(tǒng)汽車相比，這些新能源汽車更多地需要DC/DC轉(zhuǎn)換器對(duì)電壓進(jìn)行轉(zhuǎn)換、逆變。新能源汽車DC/DC轉(zhuǎn)換模塊的技術(shù)走勢(shì)主要是基于終端客戶的需求。目前，除了TS16949體系要求汽車電子企業(yè)滿足汽車終端客戶需求外，各大車企還制定了自己的汽車企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。
廣州金升陽科技有限公司 FAE高級(jí)工程師奉啟珠表示，終端客戶比較關(guān)注以下幾個(gè)方面的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)：
(1)工作環(huán)境要求：因?yàn)殡姍C(jī)等發(fā)熱器件的原因，工作環(huán)境溫度較高，要求DC/DC轉(zhuǎn)換器操作環(huán)境溫度從常規(guī)的85度至少升級(jí)到105度，最終要求125度;可以參考ISO16750環(huán)境可靠性標(biāo)準(zhǔn)。
(2)輸入電壓：在汽車點(diǎn)火時(shí)，車載電池電壓會(huì)跌落，導(dǎo)致DC/DC轉(zhuǎn)換器啟動(dòng)電壓低于常規(guī)電壓的輸入范圍，例如12V電池設(shè)計(jì)為6.5-18V(常規(guī)為9-18V);
(3)抗震性：汽車行駛的路面可能不平，因此要求DC/DC轉(zhuǎn)換器抗振動(dòng)性強(qiáng)。一般要求10-55Hz, 10G, 30 Min. along X, Y and Z。
(4)EMC：因?yàn)槠噧?nèi)部的電氣設(shè)備非常多，靠近人體，且人在車內(nèi)的停留時(shí)間長(zhǎng)，因此對(duì)于電磁兼容性要求極高。這塊可以參考的標(biāo)準(zhǔn)也非常多，如：ISO 7637、ISO 11452，GB/T 17626、GB 13837。
(5)器件規(guī)范：汽車級(jí)DC/DC轉(zhuǎn)換器內(nèi)部使用的器件滿足AEC-Q100/101/200的測(cè)試規(guī)范。
金升陽是最早在混合動(dòng)力汽車和電動(dòng)汽車市場(chǎng)發(fā)力的DC/DC轉(zhuǎn)換器廠商，自2008年開始，金升陽就與海外一線汽車廠商合作開發(fā)汽車級(jí)DC/DC轉(zhuǎn)換器，積累大量研發(fā)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)制造、應(yīng)用與失效分析經(jīng)驗(yàn)，產(chǎn)品和方案都非常成熟穩(wěn)定可靠，得到了市場(chǎng)的認(rèn)可，這些都不是短時(shí)間能夠做到的。例如：電機(jī)控制器解決方案
- 使用溫度-40℃~+105℃
- 隔離電壓3000VAC、隔離電容10pF
- 正負(fù)輸出：15V/-8.0V
- 高容性負(fù)載能力，支持峰值電流正負(fù)5A
- 開環(huán)設(shè)計(jì)無過沖
- 輸出短路保護(hù)自恢復(fù)
除此之外，金升陽為新能源汽車行業(yè)提出BMS產(chǎn)品解決方案、空調(diào)控制器ECU解決方案和智能充電機(jī)解決方案等較為典型的隔離式DC/DC轉(zhuǎn)換器解決方案，汽車產(chǎn)品的可靠性要求高、需求各異，具體設(shè)計(jì)時(shí)多與FAE溝通，可以借鑒很多應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，規(guī)避應(yīng)用風(fēng)險(xiǎn)，提升整個(gè)系統(tǒng)的可靠性。
Altera：下一代FPGA的供電挑戰(zhàn)
作為電子系統(tǒng)的心臟器件，電源一直以來都是應(yīng)用市場(chǎng)關(guān)注的焦點(diǎn)。電源的發(fā)展方向可以歸結(jié)為三方面：小型化;高效、高可靠性;智能化或者數(shù)字化。其中數(shù)字化尤為重要。因?yàn)楝F(xiàn)在處理器的性能大大增強(qiáng)了，同時(shí)其電壓數(shù)值也大大降低了。例如，以前一個(gè)FPGA的內(nèi)核電壓供電是2V或者1V，現(xiàn)在很多FPGA的核心電壓只有0.9V或0.8V。如何確保電源穩(wěn)壓器能夠輸出如此低的電壓值，同時(shí)又能夠達(dá)到0.5%或者1%的電壓穩(wěn)壓精度?挑戰(zhàn)在于電壓精度越來越難實(shí)現(xiàn)，例如1V電壓，若達(dá)到0.5%精度，需要穩(wěn)壓的電壓值只有5mV，很可能一個(gè)噪聲(即紋波)就可能要達(dá)到5mV。而傳統(tǒng)的模擬控制環(huán)境很難實(shí)現(xiàn)這么高的穩(wěn)壓精度，或者在時(shí)效上有一些誤差。只有通過數(shù)字化的電源管理可以解決這一點(diǎn)。
例如，對(duì)于Altera第十代FPGA和嵌入式處理器來說，一個(gè)是對(duì)電流的要求越來越高，對(duì)功耗要求更低，二是高速系統(tǒng)對(duì)噪聲控制更嚴(yán)格，三是隨著工藝節(jié)點(diǎn)到達(dá)20nm和14nm后，電壓在不斷下降。
所謂數(shù)字電源，是在其中加入了數(shù)字的內(nèi)核(例如DSP和處理器)，有一個(gè)通信的接口和主處理器相連接，它可以和主處理器進(jìn)行雙向通信。而模擬電源使用的是模擬控制器。數(shù)字電源可能還有內(nèi)存，內(nèi)存事先儲(chǔ)存了多個(gè)預(yù)先設(shè)置的配置。和傳統(tǒng)的模擬的解決方案相比，它的效率更高，波紋更低，對(duì)瞬態(tài)響應(yīng)速度更快。
Altera在其FPGA Enpirion電源解決方案中增加了30A PowerSoC DC-DC降壓轉(zhuǎn)換器。30A EM1130是其集成數(shù)字DC-DC降壓轉(zhuǎn)換器系列的第一款產(chǎn)品，為Altera的第10代FPGA提供電源管理功能，特別是Arria 10和Stratix 10 FPGA內(nèi)核以及收發(fā)器電源軌。Altera公司全球業(yè)務(wù)開發(fā)總監(jiān)Patrick Wadden稱，該產(chǎn)品也可以支持其他廠商的FPGA，還有一些高端的ASIC/SoC、嵌入式處理器、內(nèi)存和SSD廠商等。
TI：組合方案可滿足差異化需求
數(shù)字電源
談到數(shù)字電源，德州儀器(TI)非隔離電源全球市場(chǎng)總監(jiān)James MacDonald說，數(shù)字電源的優(yōu)勢(shì)是可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的電壓調(diào)節(jié)。一般分為數(shù)字電源控制器、帶數(shù)字接口的電源穩(wěn)壓器，數(shù)字電源時(shí)序器和數(shù)字熱插拔控制器等。TI的優(yōu)勢(shì)是有業(yè)內(nèi)廣泛的數(shù)字電源IC產(chǎn)品組合，并且有市場(chǎng)上唯一一款PMBus負(fù)載點(diǎn)穩(wěn)壓器，具有電流高達(dá)30A的集成式FET。
為了簡(jiǎn)化數(shù)字電源設(shè)計(jì)，近日，TI推出了數(shù)字電源BoosterPack，與TI的F28069 LaunchPad開發(fā)套件組合使用，即可簡(jiǎn)化對(duì)降壓轉(zhuǎn)換器的控制。其集成了C28x實(shí)時(shí)處理內(nèi)核以及精密控制外設(shè)的TI F2806x MCU，由9V電壓供電運(yùn)行，消除了高電壓系統(tǒng)開發(fā)的風(fēng)險(xiǎn)，并由powerSUITE圖形化軟件工具提供支持，可助力功率調(diào)節(jié)器、不間斷電源、AC/DC電源和太陽能逆變器等數(shù)字應(yīng)用。
寬Vin DC/DC轉(zhuǎn)換器
另外，TI還在模擬電源技術(shù)上不斷突破，包括兩款新的寬Vin(輸入電壓) DC/DC轉(zhuǎn)換器。具體地，支持Fly-Buck™ 功能的65V同步降壓轉(zhuǎn)換器號(hào)稱業(yè)內(nèi)首款，它在無需光耦合器(因無需光耦，因此英文是“Fly”)的情況下，仍可提供高達(dá)15W的隔離式偏置電源。作為Fly-Buck電源產(chǎn)品組合的部件之一，LM5160A提升了功率密度，并且以更高效和可靠的方式解決了工業(yè)和汽車應(yīng)用中較高的功率需求。例如，LM5160A轉(zhuǎn)換器特有無需環(huán)路補(bǔ)償?shù)暮愣ń油〞r(shí)間控制，并用快速瞬變響應(yīng)支持高降壓比。此外，相對(duì)于傳統(tǒng)反激式解決方案，這款轉(zhuǎn)換器也簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)工作。
零待機(jī)功耗：適合75W AC電源的PSR
電源適配器插在插座上，即使沒有給手機(jī)、平板電腦等用電器充電，仍在耗電。因此，在高功率AC/DC電源的低待機(jī)功耗PSR(初級(jí)側(cè)穩(wěn)壓)方案方面，現(xiàn)有初級(jí)側(cè)穩(wěn)壓電源的主要設(shè)計(jì)局限在于：如何在保持低待機(jī)功率的情況下仍然保證較高的瞬變響應(yīng)性能。為此，TI推出了業(yè)內(nèi)首款可應(yīng)用于75W功率的AC/DC反激式電源的零待機(jī)功耗控制器芯片集，待機(jī)功耗堪稱業(yè)內(nèi)最低。新的UCC28730初級(jí)側(cè)穩(wěn)壓 (PSR) 反激式控制器具有700V啟動(dòng)開關(guān)和UCC24650喚醒監(jiān)視器，可將電源效率提升到全新水平。它還支持5~24V輸出電壓，能夠幫助設(shè)計(jì)人員為電視、家用電器、AC適配器、通風(fēng)供熱和空調(diào)系統(tǒng) (HVAC)，以及樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)創(chuàng)造更小巧、更高效的電源。
首款采用QFN封裝的GaN半橋功率級(jí)
GaN被稱為第三代半導(dǎo)體材料，相比于第一代Si和第二代GaAs等，GaN的優(yōu)勢(shì)是可以最大限度地提高功率密度。但是，過去基于GaN的電源設(shè)計(jì)面對(duì)的一大挑戰(zhàn)是與驅(qū)動(dòng)GaN FET有關(guān)的不確定性，以及由封裝方式和設(shè)計(jì)布局布線所導(dǎo)致的寄生效應(yīng)。為此，TI近日發(fā)布了業(yè)內(nèi)首款80V半橋GaN FET模塊LMG5200，是全集成GaN FET功率級(jí)原型機(jī)，可幫助電源設(shè)計(jì)人員迅速了解GaN的極致優(yōu)勢(shì)。此次原型機(jī)由位于四方扁平無引線 (QFN) 封裝內(nèi)的一個(gè)高頻驅(qū)動(dòng)器和兩個(gè)采用半橋配置的GaN FET組成，使之非常易于設(shè)計(jì)，為空間有限且高頻的工業(yè)應(yīng)用和電信應(yīng)用提供更高的功率密度和效率。
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