電源管理趨勢探討

    在本文中，業(yè)內領(lǐng)先的電源管理芯片供應商從不同層面闡述了各自的一些技術(shù)觀(guān)點(diǎn)以及相應的解決方案。 

　　隨著(zhù)半導體終端產(chǎn)品朝向輕薄短小、數字化和整合多功能三大趨勢發(fā)展，模擬領(lǐng)域的電源管理IC的地位可說(shuō)是越來(lái)越重要，成績(jì)亦顯得非常亮眼，在市場(chǎng)一片繁榮之下，電源管理的設計趨勢也值得關(guān)注，對此，業(yè)內領(lǐng)先的電源管理芯片供應商從不同層面闡述了各自的一些技術(shù)觀(guān)點(diǎn)以及相應的解決方案。 

　　白光LED驅動(dòng)成為設計重點(diǎn)

　　便攜式產(chǎn)品為L(cháng)CD顯示器提供背光的光源是系統之中耗電量最大的部分，其耗電量是顯示器所獲電量的十倍以上。背光源功率越大，便攜式設備的LCD能夠發(fā)出的光越強，由于功率限制日趨苛刻，所以并不能一味地追求高亮度輸出，因此功耗較低的白光LED仍然是最受青睞的選擇。 

　　目前，眾多廠(chǎng)商正在開(kāi)發(fā)結構更加緊湊、背光效率更高的白光LED驅動(dòng)電路。美國國家半導體公司便攜式系統電源管理產(chǎn)品部副總裁Peter Henry指出，由于移動(dòng)電話(huà)繼續朝著(zhù)多功能智能化的方向發(fā)展，因此預計發(fā)光二極管驅動(dòng)器的需求量會(huì )持續增加。例如，目前普通的移動(dòng)電話(huà)一般只采用2至4顆發(fā)光二極管驅動(dòng)器。但功能更加豐富的雙屏照 相手機需要7到9顆發(fā)光二極管驅動(dòng)器，才可滿(mǎn)足燈光方面的要求。 

　　NS新近推出的LP3936燈管理單元共有三組可以各自獨立控制的驅動(dòng)器。一組是主驅動(dòng)器，負責驅動(dòng)4個(gè)發(fā)光二極管，主要為尺寸不超過(guò)2.5英寸的顯示器提供背光；而另一組則是輔助驅動(dòng)器，負責驅動(dòng)2個(gè)發(fā)光二極管，主要為副顯示器或小鍵盤(pán)提供背光；另外還有一組負責提供裝飾燈或閃光燈的發(fā)光二極管驅動(dòng)器。 

　　此外，新一代的OLED顯示器在便攜式設備中的應用也開(kāi)始逐步升溫，電源IC供應商正在努力擴展這方面的白光LED驅動(dòng)器。Sipex公司電源管理產(chǎn)品技術(shù)市場(chǎng)部經(jīng)理李子俊稱(chēng)，2.2英寸全彩PMOLED已經(jīng)量產(chǎn)，在彩屏需求量大增的手機市場(chǎng)中逐漸展露頭角。因為PMOLED的入門(mén)門(mén)檻較AMOLED低，在今天的市場(chǎng)中崛起也較快，Sipex己推出SP6690/91系列數款驅動(dòng)芯片供客戶(hù)選擇。 

　　一般來(lái)說(shuō)，PMOLED根據屏幕尺寸大小，所需要的驅動(dòng)電壓亦有所不同。例如1英寸全彩PMOLED所需的電壓約在＋11V左右，在手機應用上，由于鋰電池標準電壓在＋2.7V至＋4.2V之間，這時(shí)就需要一顆升壓IC作電壓轉換來(lái)驅動(dòng)此類(lèi)OLED。 

　　至于A(yíng)MOLED的技術(shù)門(mén)檻較高，因此要設計符合特性，又能使面板圖像均勻呈現的驅動(dòng)IC相當不容易，加上面對良品率穩定且價(jià)格持續下滑的主流TFT LCD面板的競爭，未來(lái)的市場(chǎng)前景還不算明朗。 

　　LCD TV帶來(lái)新的需求 

　　隨著(zhù)LCD面板成本的進(jìn)一步下降及其性能的進(jìn)一步提高，LCD的另一個(gè)新興應用——LCD TV也進(jìn)入家庭，市場(chǎng)的需求正在穩步攀升。LCD TV制造商正越來(lái)越多地依靠電源管理領(lǐng)域的創(chuàng )新，以此作為在市場(chǎng)中獨樹(shù)一幟的關(guān)鍵因素。 

　　TI公司系統電源管理業(yè)務(wù)應用工程師Steve Mappus表示，LCDTV對電源管理的依賴(lài)程度很高，需要諸如AC功率因數校正、隔離式電源轉換、非隔離式負載點(diǎn)電源轉換以及各種層次的電源監控、排序和監控保護等電路。對于當前的LCD TV設計而言，需要使用傳統的模擬電源控制IC，以及帶有一個(gè)或更多執行監控功能的微控制器。 

　　TI在該領(lǐng)域的電源產(chǎn)品布局完善，300W至400W的電源系統（大多數40英寸的LCD TV均屬于此類(lèi)系統）使用開(kāi)關(guān)式功率因數校正控制器（如UCC28050/1）來(lái)提高AC線(xiàn)路電壓，使之經(jīng)調節后達到極高的電壓DC輸出。如果隨后再加上有源鉗位PWM控制器（如UCC2894），那么LCD TV電源系統的總體效率就能得到優(yōu)化，因為一系列定義明確的功能針對功率因數校正級實(shí)現了零電流開(kāi)關(guān)，并針對隔離式DC/DC級實(shí)現了零電壓開(kāi)關(guān)。對于低電壓的非絕緣負載點(diǎn)轉換而言，TI推出了各種帶有集成MOSFET的DC/DC轉換器，如TI的SWIFT DC/DC系列或TPS6xxx系列低壓轉換器。 

　　專(zhuān)門(mén)針對數控電源系統的開(kāi)發(fā)，TI近期推出了UCD7K、UCD8K以及UCD9K系列Fusion Digital Power數字電源產(chǎn)品，功能相當于幾塊高速模擬控制IC之和，微控制器與LCD背光顯示器驅動(dòng)信號統一進(jìn)入同一個(gè)基于DSP的控制器。隨著(zhù)LCD TV對電源管理的要求變得日益復雜，數字電源解決方案今后將更具吸引力。不過(guò)，Steve Mappus也指出，數字電源在液晶電視中的普及速度將取決于LCD TV制造商與電源管理半導體制造商之間合作的密切程度。就數字電源本身來(lái)說(shuō)，由于單一的尺度并不能適合所有類(lèi)型的設備，因此數字電源的推廣將取決于各方能否完全了解彼此的具體需求。 

    趨向高度集成化 


　　電源管理技術(shù)的發(fā)展趨勢是在更小的硅芯片上集成更多功能特性，同時(shí)以更高的設計靈活性實(shí)現更強的系統用電性能，而不會(huì )增加成本。NS中國區總經(jīng)理李乾強調：板級空間非常有限的便攜式應用更是如此，多個(gè)單一功能的電源管理器件組合的方法會(huì )漸漸不可行，取而代之的可能是類(lèi)似PMU（電源管理單元）的芯片。 

　　舉例來(lái)說(shuō)，NS的多功能電源管理單元LP3970內置了11個(gè)低壓降低噪音的線(xiàn)性穩壓器，其中8顆負責驅動(dòng)數字負載，而另外3顆負責驅動(dòng)模擬負載，LP3970還有2個(gè)電感式DC/DC降壓穩壓器、1個(gè)后備電池充電器及4個(gè)通用輸出，可為應用處理器提供穩壓供電。通過(guò)I 2 C接口，應用處理器可以對LP3970進(jìn)行數字控制，根據負載情況動(dòng)態(tài)調節電源電壓來(lái)節省功耗。 

　　Maxim公司推出了MAX8621Y/MAX8621Z電源管理IC，器件內部集成了2個(gè)降壓型DC/DC轉換器、4個(gè)LDO、1個(gè)復位定時(shí)器和1個(gè)驅動(dòng)器，占位面積只有16mm 2 。如果采用7個(gè)分立SOT23封裝元件實(shí)現同樣的功能，則需占用75mm 2 的電路板面積。 

　　降低能耗勢在必行 

　　為滿(mǎn)足節能以及環(huán)保的需求，針對不同應用與不同的功耗范圍，全球許多政府及 能源機構的各種新的能耗標準也紛紛出臺。與此同時(shí)，更加嚴格的規范也在制定之中。降低能耗成為一項無(wú)法回避的重要議題，同時(shí)對電源管理也提出了更高的要求。 

　　令人鼓舞的是已經(jīng)有許多新產(chǎn)品可以在降低能耗方面發(fā)揮作用。飛兆半導體公司高功率產(chǎn)品部副總裁Taehoon Kim介紹說(shuō)，家電能源消耗通常約占總體能源消耗的20%，而電機是家電能耗的主要來(lái)源。低功率家電市場(chǎng)中，高壓無(wú)刷直流電機（BLDC）正取代單相交流感應電機，不僅效率從低于50%提升到90%，而且也減小了人耳可聽(tīng)見(jiàn)的噪聲和振動(dòng)。 

　　通常功率小于100W的白色家電電機需要使用分立的MOSFET晶體管和半橋集成電路，以及濾除噪聲元件，占位面積大且可靠性和成本均不具優(yōu)勢。飛兆半導體開(kāi)發(fā)出了更為有效的智能功率模塊（SPM），其中剛剛推出的智能運動(dòng)功率模塊（Motion SPM）（FSB50325FSB50250H和FSB50450）是多芯片模塊，包括六個(gè)快速恢復MOSFET晶體管（FRFET）及三個(gè)半橋高壓集成電路（HVIC）。針對白色家電中的BLDC電機，這種模塊可以節省60%的能耗成本。 

　　對于開(kāi)關(guān)式電源，降低待機能耗顯得非常重要。安森美半導體公司近年來(lái)在這方面做了很多努力，公司市場(chǎng)應用高級工程師于輝表示，安森美的絕大多數PWM控制芯片都具有待機功能。芯片本身可以通過(guò)檢測電路工作狀態(tài)，在空載或輕載情況下自動(dòng)實(shí)現待機功能。為進(jìn)一步降低待機能耗，從系統設計角度考慮，安森美還推出了極低待機能耗的PWM控制芯片NCP1230/1，該系列產(chǎn)品可在輕載/空載時(shí)關(guān)斷功率因數校正（PFC），消除了一個(gè)功率環(huán)節，降低了整個(gè)系統待機能耗，該產(chǎn)品適用于筆記本電腦、顯示器等適配器電源。 

　　特別值得一提的是今年一季度推出的適用于適配器、含PFC級的高效率、超低待機能耗電源方案NCP1603。該芯片內置非連續電流型PFC控制芯片NCP1601和電流型PWM控制芯片NCP1230，將PFC和PWM芯片集成于一體，充分結合兩種芯片的優(yōu)點(diǎn)，避免了兩段設計常見(jiàn)的頻率同步問(wèn)題并在輕載/空載情況下關(guān)斷PFC段，實(shí)現了超低待機能耗。