TI：電源創(chuàng )新中的熱門(mén)趨勢

　　行業(yè)的發(fā)展趨勢往往由無(wú)法完全滿(mǎn)足的需求所驅動(dòng)。無(wú)論是時(shí)尚業(yè)、娛樂(lè )業(yè)、政治界亦或是電源管理領(lǐng)域，都存在這樣的現象。一旦某個(gè)發(fā)展趨勢受到公眾的認可，創(chuàng )新的機會(huì )也就應運而生了。雖然有些趨勢就像是曇花一現，然而也有一些趨勢卻經(jīng)久不衰。

　　也許是因為最新電源管理技術(shù)的相關(guān)難題，或者是電源管理行業(yè)保守的本質(zhì)，電源領(lǐng)域的發(fā)展趨勢往往具有很長(cháng)的生命周期。但是我們不能僅僅因為行業(yè)中存在一個(gè)固有的趨勢就止步不前。當不再有創(chuàng )新的機會(huì )時(shí)，所謂趨勢也就失去了本質(zhì)意義;然而，當技術(shù)能夠實(shí)現新的創(chuàng )新時(shí)，一些潛在的趨勢也會(huì )被喚醒。趨勢與引導趨勢的技術(shù)之間存在著(zhù)一些差異。

　　電源管理領(lǐng)域不斷發(fā)展的趨勢包括：

　　功率效率。

　　功率密度。

　　能量采集。

　　數控電源。

　　實(shí)現快速設計的電源管理工具。

　　寬VIN電源。

　　高集成度。

　　智能電源。

　　您一定能在北卡羅來(lái)納州夏洛特市舉辦的2015應用電力電子展會(huì ) (APEC) 上發(fā)現這些趨勢下的創(chuàng )新實(shí)例。

　　讓我們將注意力集中在TI認為是最重要的3個(gè)趨勢上，我們將見(jiàn)證增長(cháng)最快速的創(chuàng )新領(lǐng)域：

　　更高的功率密度。

　　智能電源。

　　能量采集。

　　功率密度

　　功率密度領(lǐng)域的競爭就像是20世紀80年代的“軍備競賽”，在那時(shí)，很多公司花費大量的研發(fā)經(jīng)費來(lái)使自己保持領(lǐng)先地位。這些公司竭盡所能地以最小體積的器件來(lái)處理最大的功率。然而這一趨勢也帶來(lái)了諸多挑戰，如全新的拓撲(無(wú)橋功率因數糾正)、更高的開(kāi)關(guān)頻率，當然也包括功效的提高。在輔助器件方面，我們也擁有了全新的技術(shù)：諸如氮化鎵(GaN)和碳化硅(SiC)開(kāi)關(guān)器件等寬帶隙(WBG)器件。我們還需要支持面向這一趨勢的生態(tài)系統，其中包括更快速的驅動(dòng)器和那些能夠管理這些驅動(dòng)器和開(kāi)關(guān)器件功能的控制器。具有10ns以下最低脈沖寬度以及更短傳播延遲的器件在實(shí)現那些能夠支持更高功率密度發(fā)展趨勢的拓撲方面發(fā)揮了關(guān)鍵作用。很多高功率密度演示使用了高性能數字電源控制器，這些控制器本身不會(huì )消耗很多電能，但需要有非常好的邊緣控制以及極快的數據轉換器來(lái)實(shí)現回路控制。此外，它們還需要能夠迅速計算針對下一開(kāi)關(guān)周期響應時(shí)間的電路。所以，不難看出，功率密度的重大改進(jìn)為創(chuàng )新提供了肥沃的土壤。

　　智能電源

　　智能電源是一個(gè)主要創(chuàng )新趨勢，通過(guò)讓系統管理電源子系統來(lái)滿(mǎn)足系統效率要求。在過(guò)去，電源子系統基本上是自我管理的。根據系統需求，電源設計人員可以在排序、軟啟動(dòng)和停止以及故障檢測響應等方面配置電源，但是這些基本都屬于基本配置。目前的系統要求電源子系統和主系統之間更加實(shí)時(shí)的合作與配合。諸如電源管理總線(xiàn)(PMBus)的工業(yè)接口有助于接口和數據協(xié)議的標準化，但是在系統與電源配合工作時(shí)它才會(huì )發(fā)揮真正的優(yōu)勢。在大多數情況下，系統往往會(huì )提前知道何時(shí)改變工作模式，而這將要求電源系統的運轉方式作出相應的改變。與電源系統分享這些信息使得電源能夠做適當的響應。

　　當系統與電源子系統能夠以較高的電平進(jìn)行通信時(shí)，我們將迎來(lái)巨大的創(chuàng )新機會(huì )。目前的系統使用動(dòng)態(tài)電壓縮放(DVS)，系統告訴電源子系統改變輸出電壓。雖然這個(gè)方法有效，但是能做到的并不僅僅是這些。以更高的電平傳遞更多的信息可以將更豐富的信息提供給多維電源，而這更好地滿(mǎn)足了對響應的需求?；旌闲盘柼幚砑夹g(shù)使設計人員能夠實(shí)現最優(yōu)分區。電源集成電路(IC)設計人員能夠將數字智能器件與最佳模擬電路緊密結合在一起。這使得集成電源轉換器能夠滿(mǎn)足對更加智能電源子系統的需要，以使其可以更加輕松地與主系統配合工作。未來(lái)的器件將加快解決總體系統效率的發(fā)展趨勢。

　　能量采集

　　能量采集發(fā)展趨勢是實(shí)現物聯(lián)網(wǎng)(IoT)的主要推動(dòng)者。很多IoT器件依賴(lài)于無(wú)線(xiàn)連接方面的創(chuàng )新，但是要想實(shí)現真正地高效運轉，這些IoT器件需要采用無(wú)線(xiàn)供電方式。電池當然可以為IoT供電，但是在后續使用中的電池替換會(huì )是一個(gè)問(wèn)題。只要能夠提供所需的全部電能，那么從環(huán)境中采集能量將是明智選擇。采集環(huán)境能量為創(chuàng )新提供了很多機會(huì )。改進(jìn)能量采集器的效率是主要的研究領(lǐng)域，但是如何管理這些采集到的能量也同樣重要。環(huán)境中的能量并不一直那么穩定，所以必須在能量充足時(shí)將能量?jì)Υ嫫饋?lái)，以備不時(shí)之需。為了實(shí)現這個(gè)目的，能量采集管理單元應該消耗盡可能少的能量。

　　IoT的另一個(gè)問(wèn)題是，為了最大限度地減少所需總能量，峰值平均功率比往往比較極端，經(jīng)常超過(guò)1000比1。能量管理單元需要在保持極低功耗的同時(shí)，以極短的延遲時(shí)間處理這些請求。

　　也許大家都沒(méi)有意識到，數字電源控制成為流行的電源管理趨勢并在A(yíng)PEC引起熱議已經(jīng)是十年前的事了。這表明數字電源控制并非全新的趨勢，而是因工藝技術(shù)創(chuàng )新而重新煥發(fā)活力。在這場(chǎng)工藝技術(shù)創(chuàng )新中，高性能數字電路可以與高性能模擬電路集成在同一芯片上。我們可以在某些領(lǐng)域應用中發(fā)現相同的情況。例如在IC封裝中以低成本的方式集成高性能無(wú)源元件。

　　我們很難區分原因與結果，就像是先有雞還是先有蛋這個(gè)問(wèn)題一樣，很難給出答案。是技術(shù)拉開(kāi)了某個(gè)發(fā)展趨勢的序幕，還是一個(gè)發(fā)展趨勢催生了一項技術(shù)?但有一點(diǎn)是很明顯的，我們不能再坐等創(chuàng )新趨勢了。就像谷歌舉辦的“小盒子挑戰賽”(Little Box Challenge)所告訴我們的那樣，如果我們不推動(dòng)行業(yè)創(chuàng )新，那么其他人就會(huì )這么做。

　　APEC上的TI

　　在2015年的APEC上，TI計劃重點(diǎn)介紹幾項數字電源和GaN技術(shù)方面的進(jìn)展，并且首次推出有助于加快工業(yè)、智能電網(wǎng)和汽車(chē)應用等領(lǐng)域電源設計的全新尖端工具。以下是將在TI展位(第1001號)上展出的演示內容：

　　數字電源：面向數字電源配置和建模的動(dòng)態(tài)同步整流控制、端到端PMBus負載點(diǎn)DC/DC解決方案、硬件和圖形軟件工具，以及用于將太陽(yáng)能轉換為電能的工具。

　　DC/DC：利用SIMPLE SWITCHER納米模塊、同步穩壓器以及汽車(chē)啟停電源輕松實(shí)現的寬VIN多軌電源。

　　LED照明：一款支持火警選通和同步功能的高效、降壓、高功率LED驅動(dòng)器。

　　WEBENCH電源設計工具和TI Designs參考設計庫。TI將贈送與會(huì )者一個(gè)裝有大量演示參考設計的U盤(pán)。

　　TI的一些電源領(lǐng)域專(zhuān)家也將出席技術(shù)會(huì )議，其中的兩個(gè)技術(shù)會(huì )議將主要介紹寬帶隙電源器件的影響以及TI如何使GaN技術(shù)更加可靠。

　　TI發(fā)言者的名單以及演講時(shí)間：