電源與電源管理技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)訪談錄

　　全球的節(jié)能需求和電子設(shè)備必須遵守的強(qiáng)制性能效規(guī)范要求，以及便攜裝置小型化多功能趨勢(shì)是電源與電源管理技術(shù)發(fā)展的推動(dòng)力。提高電源效率、降低待機(jī)功耗、高功率密度、高可靠性、高集成度和低成本是電源與電源管理技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。

　　為了向讀者介紹最新的電源與電源管理技術(shù)，本刊采訪了一些公司負(fù)責(zé)人，他們就電源與電源管理技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)、新產(chǎn)品/新技術(shù)及其應(yīng)用、典型解決方案等發(fā)表了獨(dú)特見解。下面是訪談錄。

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Sales VP of Zetex Asia   Echo Li

　　過去幾年里，電子應(yīng)用裝置充斥著我們生活的方方面面。許多是可見的，例如無處不在的移動(dòng)裝置(如照相機(jī)、手機(jī)和PDA)，但即使是較成熟的產(chǎn)品領(lǐng)域(如家用電器和汽車)也在悄然發(fā)生著變化。此類發(fā)展徹底改變了我們的生活方式；而且在可預(yù)見的未來里必將繼續(xù)加快變革的步伐。實(shí)現(xiàn)這一切的基礎(chǔ)在于電子設(shè)備已由原來的靜止獨(dú)立系統(tǒng)發(fā)展為便攜式綜合系統(tǒng)，這些高要求、結(jié)構(gòu)緊湊、功能豐富的產(chǎn)品可滿足我們隨時(shí)隨地的各種需求。對(duì)功率的要求也隨之增長，使得電源與電源管理的技術(shù)趨勢(shì)朝著更高的功率效率與功率密度的方向發(fā)展。電源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)也不得不隨之改變，隨著不斷增加的對(duì)控制何時(shí)、如何輸送電能的復(fù)雜要求，需要近乎無傳輸損耗的傳感技術(shù)與反饋電路。同時(shí)，通過使用運(yùn)行時(shí)鐘頻率日益增加的微控器使得這些新產(chǎn)品成為可能，這些微控器運(yùn)行于較低電壓饋送但卻要求較高電流。而從始至終最終用戶的成本期望必須得到滿足。因此總體技術(shù)趨勢(shì)向電源設(shè)計(jì)者提出了一個(gè)令人生畏的挑戰(zhàn)—如何同時(shí)滿足所有這些需求？

　　答案其實(shí)很簡(jiǎn)單—您需要對(duì)動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)計(jì)做出整體分析，從系統(tǒng)的每一部分出發(fā)，權(quán)衡每一種優(yōu)勢(shì)，無論是動(dòng)力系統(tǒng)構(gòu)造和布局技術(shù)，或印刷電路板的類型與設(shè)計(jì)，直至對(duì)部件技術(shù)的選擇：半導(dǎo)體、被動(dòng)元件、變壓器、電感器等。例如隔離式DC/DC轉(zhuǎn)換器的布局變化。逆向變換器已被使用正向有源鉗位布局技術(shù)的高電流變換器所替代，這是因?yàn)橛性淬Q位重新獲取的磁化能量可帶來較高效率。此種方法要求對(duì)電源開關(guān)元件更為復(fù)雜的控制，但最終將帶來更高的效率、增強(qiáng)的功率密度與更低的成本。同時(shí)在另一方面，開關(guān)MOSFET已替代Schottky二極管，將效率提升90%，這得歸功于槽FET電導(dǎo)和開關(guān)損耗的減少，以及控制成本的下降。隨著今后控制成本的進(jìn)一步下降，這些更加復(fù)雜的技術(shù)將滲入成本限制更為嚴(yán)格的應(yīng)用中，并很有可能造成強(qiáng)制出臺(tái)限制炭排放的新的更嚴(yán)格立法。便攜設(shè)備(如手機(jī))如今使用銅電源通路層達(dá)至10層的多層配電板，不僅提供高密度電通路，而且通路的縝密定向與布局也改進(jìn)了熱力性能。同時(shí)，電池技術(shù)將繼續(xù)朝著增加功率密度的方向發(fā)展，迫使電源電壓與控制技術(shù)隨之改變。電力半導(dǎo)體器件將繼續(xù)減少它們的特定區(qū)域?qū)娮?，體積和發(fā)熱量也將隨之減少，因此可被放置入更小的組件。半導(dǎo)體自身也需要重新設(shè)計(jì)以降低熱電阻，以便使用更高的功率密度與更大的開關(guān)電流。家用電器(如洗衣機(jī))的通用電動(dòng)機(jī)與皮帶傳動(dòng)裝置將被直接傳動(dòng)無刷直流電動(dòng)機(jī)取而代之，以達(dá)到更有效的控制、更快的轉(zhuǎn)速、改進(jìn)的效率、降低的震動(dòng)/噪音和改進(jìn)的可靠性。為實(shí)現(xiàn)這樣的變化，必須對(duì)電源與電源管理進(jìn)行全面改造：利用新控制與電源部件的更為復(fù)雜的布局技術(shù)。在汽車領(lǐng)域，被廣泛應(yīng)用的電子應(yīng)用裝置將以更快的速度繼續(xù)發(fā)展，這將體現(xiàn)在汽車的每一方面，所以這些都是出于燃料效率、安全以及控制方面的考慮。隨著減少炭排放的立法的即將出臺(tái)，動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)計(jì)的根本性改變將使新的方法、技術(shù)與材料成為必需。

　　Zetex重點(diǎn)開發(fā)適應(yīng)這些潮流的獨(dú)特新型半導(dǎo)體元件，包括雙極晶體管、MOSFET、Schottky二極管、電流監(jiān)控裝置及低消散穩(wěn)流器。這些元件被運(yùn)用于多種不同應(yīng)用裝置中。

　　對(duì)于隔離式DC/DC轉(zhuǎn)換器，Zetex高壓晶體管及MOSFET作為啟動(dòng)開關(guān)發(fā)揮作用。具備SOT23外形的200伏P溝道提供有源鉗位功能以重新獲得主側(cè)磁化能量。對(duì)于低功率共振轉(zhuǎn)換器，Zetex高增益雙極晶體管提供自振主側(cè)開關(guān)，從而實(shí)現(xiàn)低電磁干擾(ＥＭＩ)下的極嚴(yán)密、極具成本效率的解決方案。對(duì)于更高電源的正向變換器，高電流雙極晶體管的互補(bǔ)對(duì)偶提供電流緩沖，并輸送達(dá)至8安培的脈沖至主次側(cè)MOSFET柵，傳播延遲僅為幾納秒，并且無需復(fù)雜控制以防止擊穿和閉鎖。Zetex LDO和電流監(jiān)控裝置(如電流輸出ZXCT1009或電壓輸出ZXCT1051)為動(dòng)態(tài)荷載調(diào)節(jié)時(shí)主側(cè)和次側(cè)反饋提供保護(hù)。

　　對(duì)于電池便攜應(yīng)用裝置，ZXCT1010單向電流監(jiān)控裝置可用于測(cè)量充電與放電電流，適用于帶短路保護(hù)的簡(jiǎn)單準(zhǔn)確、又具成本效率的壓力計(jì)。新一代低電壓雙極晶體管在小型熱優(yōu)化表面安裝組件上實(shí)現(xiàn)了最低飽和電壓，所產(chǎn)生的功率密度較以前增加了6倍。這些晶體管被用于小功率DC/DC轉(zhuǎn)換器(如負(fù)荷開關(guān))，并可作為傳輸晶體管用于移動(dòng)電池充電電路，此處由于采用雙極晶體管而無需一系列二極管以阻斷反向電流，因此進(jìn)一步提高了效能、節(jié)省了空間并降低了布局成本。ZHCS和ZLLS類的Schottky整流器將低正向壓降與低方向漏電流相結(jié)合，以可接受的成本實(shí)現(xiàn)了低功率損耗和高效率。

　　對(duì)于直流無刷電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置，Zetex ZXBM系列前極驅(qū)動(dòng)IC與超低飽和電壓晶體管相結(jié)合，為各種應(yīng)用裝置(如PC風(fēng)扇調(diào)節(jié)器、汽車座椅鼓風(fēng)機(jī)、家用電冰箱風(fēng)扇、以及沉沒式柴油機(jī)油泵)提供總體解決方案。

　　對(duì)于汽車，Zetex晶體管可用作主動(dòng)巡航控制系統(tǒng)、HID頭燈組的啟動(dòng)電路以及各種車燈、螺線管和啟動(dòng)器驅(qū)動(dòng)裝置的激光脈沖驅(qū)動(dòng)器。

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美國國家半導(dǎo)體亞太區(qū)電源管理產(chǎn)品市場(chǎng)總監(jiān)  黃漢基

　　美國國家半導(dǎo)體預(yù)期電源管理技術(shù)將朝著以下三大方向發(fā)展：