節(jié)能：有條件的自我救贖

　　明顯地，寬帶隙(WBG)半導(dǎo)體器件如SiC和GaN開關(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。

　　過去，功率半導(dǎo)體是作為單獨(dú)的功率分立器件來開發(fā)的，有MOSFET、IGBT、二極管和功率控制器。但是，BCD工藝技術(shù)的開發(fā)，以及各種便攜設(shè)備的推出，引導(dǎo)功率半導(dǎo)體供應(yīng)商開發(fā)具有低成本和小占位面積的單芯片解決方案。自2000年以來，功率半導(dǎo)體器件領(lǐng)域一直是通過開發(fā)ASIC和ASSP功率管理IC來滿足不同的市場(chǎng)需求。

　　提升能源轉(zhuǎn)換效率

　　最直接有效的節(jié)能手段就是利用盡可能高的能源轉(zhuǎn)換效率來驅(qū)動(dòng)電子設(shè)備。所以，提升能源轉(zhuǎn)換效率是半導(dǎo)體對(duì)節(jié)能科技最直接的貢獻(xiàn)，從最初的80%到目前已經(jīng)要求接近90%轉(zhuǎn)換效率的能源之星標(biāo)準(zhǔn)越來越嚴(yán)格，對(duì)電源產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和整體系統(tǒng)設(shè)計(jì)提出全新的要求。

　　安森美半導(dǎo)體鄭兆雄總結(jié)提升能效的市場(chǎng)需求認(rèn)為，需要結(jié)合采用更高能效的電源IC、功率器件和/或電機(jī)/電機(jī)驅(qū)動(dòng)方案，以系統(tǒng)途徑來提升電源產(chǎn)品能效。不僅要提升電源工作效率，又要改善功率因數(shù)，降低待機(jī)模式及輕載模式下的能耗。例如，由于通過電源的總電能中約有75%是在工作模式下消耗的，故提升電源在工作模式下的能效及降低損耗至關(guān)重要。而提升開關(guān)電源工作能效的一種有效技術(shù)是次級(jí)同步整流。此外，系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員也面對(duì)不停減少電子設(shè)備電量消耗的挑戰(zhàn)。消費(fèi)類白家電如空調(diào)、洗衣機(jī)及冰箱等也正采用更高能效的變速電機(jī)來節(jié)能，“智能家電”的出現(xiàn)結(jié)合高能效電機(jī)的應(yīng)用，將能耗降至最低。這相應(yīng)地推動(dòng)了白家電電源、通信及用戶接口方案采用更多電子及半導(dǎo)體成分的商機(jī)?！　?/p>

        德州儀器大中華區(qū)銷售與市場(chǎng)總經(jīng)理、中國總裁謝兵則表示，利用先進(jìn)技術(shù)降低能源消耗是TI重點(diǎn)關(guān)注的領(lǐng)域。TI提供領(lǐng)先的DSP、微控制器(MCU)、模擬和電源管理解決方案，致力于提高能源使用效率，將現(xiàn)有能源的消耗降到最低。例如：TI提供的行動(dòng)和視頻感應(yīng)裝置可以自動(dòng)控制建筑物中空調(diào)和照明系統(tǒng)的開啟;利用TI先進(jìn)的便攜電源管理技術(shù)，單電池的使用壽命可以超過20年;混合動(dòng)力車中的電池管理器件顯著提高了車輛的行駛里程和供電系統(tǒng)壽命; TI的先進(jìn)馬達(dá)控制和電源管理設(shè)備使工業(yè)應(yīng)用和家用電器的能效有了顯著的提高。

　　ADI張潔萍從工藝角度分析認(rèn)為，功率器件工藝的改進(jìn)是提高效率的關(guān)鍵;從系統(tǒng)角度出發(fā)，符合系統(tǒng)應(yīng)用及工作狀態(tài)的控制方式極大地提高了系統(tǒng)效率?？刂破骷ㄟ^檢測(cè)系統(tǒng)的工作狀態(tài)，動(dòng)態(tài)地調(diào)節(jié)輸出電壓來達(dá)到效率優(yōu)化的目的。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，控制器件通過檢測(cè)輸出功率，調(diào)節(jié)輸出通道的開通與關(guān)斷來達(dá)到提升系統(tǒng)效率的目的。

　　照明的節(jié)能改造是最快速、最輕松的節(jié)省能源、降低成本的途徑之一。LED光源市場(chǎng)預(yù)計(jì)年復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá)到22%，其市場(chǎng)規(guī)模在2014年將達(dá)到80億美元。而這僅僅涵蓋LED普通照明應(yīng)用，并不包括其他非常大的LED市場(chǎng)領(lǐng)域，比如移動(dòng)設(shè)備、交通燈、標(biāo)識(shí)系統(tǒng)、液晶電視和計(jì)算機(jī)背光照明等。然而，在所有照明應(yīng)用中，成本是一個(gè)主要因素。LED驅(qū)動(dòng)解決方案必須盡可能便宜，同時(shí)提供應(yīng)用所需的性能水平?！　?/p>

        國際整流器公司亞太區(qū)銷售副總裁潘大偉還特別指出，利用變頻電機(jī)的空調(diào)和洗衣機(jī)等家電產(chǎn)品的不斷普及。不過，電子控制單元的設(shè)計(jì)十分復(fù)雜，涉及數(shù)字、模擬和功率級(jí)。與此同時(shí)，針對(duì)大容量家電市場(chǎng)，設(shè)計(jì)人員必須以相對(duì)較低的成本實(shí)現(xiàn)高性能，他們希望獲得具有小巧外形和高集成度的組件，以簡(jiǎn)化生產(chǎn)。譬如，iMOTION這樣的集成設(shè)計(jì)平臺(tái)，就是一種優(yōu)化的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，將專有高壓IC與數(shù)字、模擬和功率模塊，以及家電產(chǎn)品中面向無傳感器電機(jī)控制的數(shù)字控制算法結(jié)合在一起。

　　被忽略的盲點(diǎn)

　　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，凌力爾特電源產(chǎn)品部產(chǎn)品市場(chǎng)總監(jiān)Tony Armstrong認(rèn)為，在今天的系統(tǒng)中，穩(wěn)壓器也許是最后一個(gè)仍然存在的、沒有辦法直接配置或監(jiān)視關(guān)鍵電源系統(tǒng)工作參數(shù)的“盲點(diǎn)”。因此，電源設(shè)計(jì)師一直被迫使用混雜在一起的一堆排序器、微控制器和電壓監(jiān)察器來設(shè)定基本的穩(wěn)壓器啟動(dòng)和安全功能。數(shù)字可編程的 DC/DC 轉(zhuǎn)換器已經(jīng)使用很多年了，尤其是在具有 VID 輸出電壓控制的 VRM 核心電源中。但是直接從穩(wěn)壓器監(jiān)視工作狀態(tài)信息的能力，尤其是監(jiān)視實(shí)時(shí)電流的能力，仍然一直缺失。

　　另一方面，諸如 I2C 等標(biāo)準(zhǔn)串行數(shù)字總線的使用使進(jìn)出數(shù)字 DC/DC 轉(zhuǎn)換器的通信能簡(jiǎn)單、高效率地進(jìn)行，而且 PMBus 等新出現(xiàn)的標(biāo)準(zhǔn)為組件實(shí)現(xiàn)互操作性提供了方便。包括啟動(dòng)特性和定時(shí)、輸出電壓和電流限制、裕度控制規(guī)格、以及過壓和欠壓監(jiān)察在內(nèi)的重要穩(wěn)壓器參數(shù)都能直接以數(shù)字方式設(shè)定，從而取代了用電阻器和占用大量空間的排序及監(jiān)視產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)定的方法。此外，諸如溫度、輸入和輸出電壓及電流等關(guān)鍵工作參數(shù)可以非常容易地監(jiān)視，并可用來優(yōu)化系統(tǒng)性能和可靠性。

　　Tony Armstrong指出，數(shù)字電源系統(tǒng)管理的一個(gè)主要好處是降低了設(shè)計(jì)成本，加快了產(chǎn)品上市。利用一種具直觀式圖形用戶界面 (GUI) 的全面開發(fā)環(huán)境，可以高效率地開發(fā)復(fù)雜的多軌系統(tǒng)。這類系統(tǒng)還能通過 GUI 而不是通過焊接在“白色導(dǎo)線”定位點(diǎn)中實(shí)現(xiàn)更改，因此簡(jiǎn)化了電路內(nèi)測(cè)試 (ICT) 和電路板調(diào)試。另一個(gè)好處是由于提供了實(shí)時(shí)遙測(cè)數(shù)據(jù)，所以有可能預(yù)測(cè)電源系統(tǒng)故障，并采取預(yù)防性措施。也許最重要的是，具有數(shù)字管理功能的 DC/DC 轉(zhuǎn)換器使設(shè)計(jì)師能開發(fā)“綠色”電源系統(tǒng)，這類系統(tǒng)能在負(fù)載點(diǎn)、電路板、機(jī)架甚至系統(tǒng)安裝級(jí)以最低能耗滿足目標(biāo)性能要求 (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)，降低了基礎(chǔ)設(shè)施成本和總體擁有成本。