電源管理的使用趨勢

在眾多應用中，設計電源管理部分的復雜性近幾年大幅上升?，F在系統一般都需要10個(gè)或者更多不同的電源管理IC，不僅需要提供多種電壓（彼此功率級別差距很大），而且還需要提供多種系統支持功能。許多系統的電源管理部分目前都會(huì )在很大程度上影響設計總成本，以及開(kāi)發(fā)應用所需的時(shí)間。如果設計人員能夠提前考慮到各種選擇，并能夠利用IC制造商提供的最新產(chǎn)品與設計支持，那么就能夠改善系統性能，并降低總體開(kāi)發(fā)時(shí)間和成本。

電源管理要求根據最終設備的不同而差異很大，但我們可以將應用分為便攜式供電或墻上電源供電，從而可以更好地理解市場(chǎng)中的各種趨勢。盡管許多趨勢均會(huì )影響應用領(lǐng)域（如較低的電壓、更高的效率以及多種電源插座等），但便攜式系統顯然與外部電源供電的系統相比有著(zhù)極不相同的電源要求。

為便攜式應用提供核心動(dòng)力

在便攜式系統中，要求電流較低，并且效率和設備尺寸也是非常重要的因素。電池管理方面的挑戰是至關(guān)重要的，其中包括快速、方便而安全地進(jìn)行電池充電的功能；除了筆記本電腦之外，越來(lái)越多的應用可以正確顯示電池剩余電量。IC應當在范圍廣闊的輸入電壓上工作（鋰離子電池的電壓在其工作范圍內會(huì )有2.6V至4.2V的差異），而低負載和高負載上的效率則變得至關(guān)重要。

就諸如MP3播放機、PDA以及數碼相機等眾多便攜式應用而言，系統設計人員必須在成本、尺寸和電池壽命之間做出取舍。這些取舍會(huì )直接影響電源的選擇以及IC制造商正在開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品。成本最低、最簡(jiǎn)單易用以及最小型的解決方案顯然會(huì )采用LDO 穩壓器，但其弱點(diǎn)是效率不高。如果電流負載較高而功耗又非常大（如處理器和邏輯電源），且電池電壓需要"提高"（如顯示器背光所需），那么就需要開(kāi)關(guān)穩壓器。

便攜市場(chǎng)還極大推動(dòng)了封裝發(fā)展趨勢--器件變得越來(lái)越小。便攜系統中流行兩種新型封裝技術(shù)，即塑料無(wú)引線(xiàn)芯片載體（QFN或MLP）以及WSP（晶片級）封裝。塑料無(wú)引線(xiàn)芯片載體是一種不使用外部引線(xiàn)的封裝技術(shù)，與傳統封裝相比，其不僅體積減小了約 50%，而且還具備良好的散熱性能。WSP（或CSP，即芯片級封裝）不使用任何封裝，但一旦經(jīng)過(guò)處理，就可以將芯片直接焊接在板上，從而比無(wú)引線(xiàn)芯片載體方法進(jìn)一步節約了空間。圖1顯示了如何將集成功能封裝于小型MLP封裝中的示例。

圖1、MLP封裝中的bqTINY

圖2展示了典型便攜式應用中的大量組件，顯然我們可以對其進(jìn)行集成。IC制造商正推出可將多種電源功能結合到同一IC上的新型產(chǎn)品。

圖2：典型便攜式系統擁有眾多電源管理塊

為墻上電源應用提供核心動(dòng)力

連接至外部電源的系統正越來(lái)越多地向分布式電源總線(xiàn)轉移。大型計算機和電信市場(chǎng)中，系統包括諸如FPGA、ASIC和數字信號處理器等許多IC，其電源來(lái)自多種且常常是非常不同的電源軌，在這種情況的推動(dòng)下，目前的趨勢是生成單電壓總線(xiàn)（如5V），而后通過(guò)"負載點(diǎn)"電源從該總線(xiàn)為各種負載（如1.8V、1.5V等）進(jìn)行供電。在許多此類(lèi)應用中，負載常常超過(guò)20A，這就給電源設計者提出了一個(gè)技術(shù)挑戰。多相轉換器正越來(lái)越多地用于這些需要更高電流的應用中。隨著(zhù)電流的增加，人們就分布式總線(xiàn)選用的電壓也展開(kāi)了新的討論--電壓越高，總體系統效率就越高，而總體系統成本也就越低。如果電壓上升太高，電源設計就會(huì )變得非常復雜。許多應用都將未來(lái)的目標設為12V，但理論上說(shuō)，較低的電壓（如8V）可能是最佳解決方案。

當然，墻式電源系統設計人員還具備另一個(gè)便攜式設計人員所沒(méi)有的優(yōu)勢，即他們根本不必進(jìn)行電源設計--他們只需購買(mǎi)一個(gè)設計就可以了。眾多采用48V總線(xiàn)電壓的系統都選用電源模塊或程序塊來(lái)生成系統所需的較低電壓。有許多Vin/Vout/Iout組合可用，常常占用了標準的占位面積，且新型產(chǎn)品還在單個(gè)封裝上集成了多種輸出，從而進(jìn)一步簡(jiǎn)化了設計。即便決定使用離散解決方案上的模塊，但我們還是有機會(huì )通過(guò)使用備用電源架構來(lái)節約成本。通過(guò)以單一隔離程序塊 (isolated brick) 代替多個(gè)48V隔離程序塊（每個(gè)都用于不同的電源電壓），并隨后配以多個(gè)低成本非隔離模塊（離散解決方案），我們就可以顯著(zhù)降低成本，而不會(huì )增加設計復雜性（見(jiàn)圖3）。

圖3：可用一個(gè)48V程序塊代替多個(gè)48V電源，并隨后配以數個(gè)非隔離模塊，以達到節約成本的目的。

從BOM角度看，成本最低的解決方案顯然是自行設計電源。為了解決這一需求，IC制造商正在開(kāi)發(fā)眾多新型產(chǎn)品，將更高級性能與更高集成度相結合，同時(shí)還致力于使其更加方便易用。就非隔離式設計而言，通常購買(mǎi)一個(gè)比設計一個(gè)要劃算得多。盡管成本節約會(huì )更多，但進(jìn)行單獨的設計也要復雜得多，要求具備有經(jīng)驗（并且要地專(zhuān)門(mén)的）的開(kāi)發(fā)小組。許多OEM都在進(jìn)行此項投資，并獲得了顯著(zhù)成本節約。

利用IC供應商的專(zhuān)業(yè)技能

日前制造最終設備的不同趨勢結合其芯片所使用的技術(shù)創(chuàng )建了一個(gè)大型的、快速成長(cháng)的電源管理市場(chǎng)，新型IC為該市場(chǎng)提供了很好的服務(wù)。在開(kāi)始新的項目前，設計工程師應查看不同廠(chǎng)商提供的最新電源管理IC，很可能會(huì )找到一種新型設備能夠更好地滿(mǎn)足應用要求。

在許多組織中，負責設計電源管理部分的工程師都不是電源設計人員，而是系統設計人員，因此面臨著(zhù)設計各個(gè)方面的挑戰。由于"系統設計人員"取代"電源設計人員"的趨勢，許多IC制造商都將大量資源投資于可為其產(chǎn)品提供應用支持的各個(gè)方面。制造盡可能方便易用的IC正成為在該市場(chǎng)中一馬當先的關(guān)鍵。目前許多器件均具備詳細的應用附件及評估板，而且提供軟件工具成為新趨勢。軟件將滿(mǎn)足工程師就系統電源管理部分的關(guān)鍵要求，并根據一般組件數據庫推薦方案和BOM。這些工具最后都會(huì )成為設計人員的有益設計助手，不管他們是否具備豐富經(jīng)驗，并能夠減少設計時(shí)間和風(fēng)險（見(jiàn)圖4）。

圖4：軟件工具縮短了開(kāi)發(fā)時(shí)間。