電源管理趨勢探討

    隨著半導體終端產(chǎn)品朝向輕薄短小、數(shù)字化和整合多功能三大趨勢發(fā)展，模擬領域的電源管理IC的地位可說是越來越重要，成績亦顯得非常亮眼，在市場一片繁榮之下，電源管理的設計趨勢也值得關注，對此，業(yè)內(nèi)領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觀點以及相應的解決方案。

    白光LED驅動成為設計重點

    便攜式產(chǎn)品為LCD顯示器提供背光的光源是系統(tǒng)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，眾多廠商正在開發(fā)結構更加緊湊、背光效率更高的白光LED驅動電路。美國國家半導體公司便攜式系統(tǒng)電源管理產(chǎn)品部副總裁Peter Henry指出，由于移動電話繼續(xù)朝著多功能智能化的方向發(fā)展，因此預計發(fā)光二極管驅動器的需求量會持續(xù)增加。例如，目前普通的移動電話一般只采用2至4顆發(fā)光二極管驅動器。但功能更加豐富的雙屏照相手機需要7到9顆發(fā)光二極管驅動器，才可滿足燈光方面的要求。

    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器。一組是主驅動器，負責驅動4個發(fā)光二極管，主要為尺寸不超過2.5英寸的顯示器提供背光；而另一組則是輔助驅動器，負責驅動2個發(fā)光二極管，主要為副顯示器或小鍵盤提供背光；另外還有一組負責提供裝飾燈或閃光燈的發(fā)光二極管驅動器。

    此外，新一代的OLED顯示器在便攜式設備中的應用也開始逐步升溫，電源IC供應商正在努力擴展這方面的白光LED驅動器。Sipex公司電源管理產(chǎn)品技術市場部經(jīng)理李子俊稱，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中逐漸展露頭角。因為PMOLED的入門門檻較AMOLED低，在今天的市場中崛起也較快，Sipex己推出SP6690/91系列數(shù)款驅動芯片供客戶選擇。

    一般來說，PMOLED根據(jù)屏幕尺寸大小，所需要的驅動電壓亦有所不同。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，這時就需要一顆升壓IC作電壓轉換來驅動此類OLED。

    至于AMOLED的技術門檻較高，因此要設計符合特性，又能使面板圖像均勻呈現(xiàn)的驅動IC相當不容易，加上面對良品率穩(wěn)定且價格持續(xù)下滑的主流TFT LCD面板的競爭，未來的市場前景還不算明朗。

    LCD TV帶來新的需求

    隨著LCD面板成本的進一步下降及其性能的進一步提高，LCD的另一個新興應用——LCD TV也進入家庭，市場的需求正在穩(wěn)步攀升。LCD TV制造商正越來越多地依靠電源管理領域的創(chuàng)新，以此作為在市場中獨樹一幟的關鍵因素。

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

    TI在該領域的電源產(chǎn)品布局完善，300W至400W的電源系統(tǒng)（大多數(shù)40英寸的LCD TV均屬于此類系統(tǒng)）使用開關式功率因數(shù)校正控制器（如UCC28050/1）來提高AC線路電壓，使之經(jīng)調(diào)節(jié)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(tǒng)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(shù)校正級實現(xiàn)了零電流開關，并針對隔離式DC/DC級實現(xiàn)了零電壓開關。對于低電壓的非絕緣負載點轉換而言，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。

    專門針對數(shù)控電源系統(tǒng)的開發(fā)，TI近期推出了UCD7K、UCD8K以及UCD9K系列Fusion Digital Power數(shù)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背光顯示器驅動信號統(tǒng)一進入同一個基于DSP的控制器。隨著LCD TV對電源管理的要求變得日益復雜，數(shù)字電源解決方案今后將更具吸引力。不過，Steve Mappus也指出，數(shù)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(shù)字電源本身來說，由于單一的尺度并不能適合所有類型的設備，因此數(shù)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，同時以更高的設計靈活性實現(xiàn)更強的系統(tǒng)用電性能，而不會增加成本。NS中國區(qū)總經(jīng)理李乾強調(diào)：板級空間非常有限的便攜式應用更是如此，多個單一功能的電源管理器件組合的方法會漸漸不可行，取而代之的可能是類似PMU（電源管理單元）的芯片。

    舉例來說，NS的多功能電源管理單元LP3970內(nèi)置了11個低壓降低噪音的線性穩(wěn)壓器，其中8顆負責驅動數(shù)字負載，而另外3顆負責驅動模擬負載，LP3970還有2個電感式DC/DC降壓穩(wěn)壓器、1個后備電池充電器及4個通用輸出，可為應用處理器提供穩(wěn)壓供電。通過I 2 C接口，應用處理器可以對LP3970進行數(shù)字控制，根據(jù)負載情況動態(tài)調(diào)節(jié)電源電壓來節(jié)省功耗。

    Maxim公司推出了MAX8621Y/MAX8621Z電源管理IC，器件內(nèi)部集成了2個降壓型DC/DC轉換器、4個LDO、1個復位定時器和1個驅動器，占位面積只有16mm 2 。如果采用7個分立SOT23封裝元件實現(xiàn)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

    為滿足節(jié)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，更加嚴格的規(guī)范也在制定之中。降低能耗成為一項無法回避的重要議題，同時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，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源。低功率家電市場中，高壓無刷直流電機（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見的噪聲和振動。

    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功率模塊（Motion SPM）（FSB50325FSB50250H和FSB50450）是多芯片模塊，包括六個快速恢復MOSFET晶體管（FRFET）及三個半橋高壓集成電路（HVIC）。針對白色家電中的BLDC電機，這種模塊可以節(jié)省60%的能耗成本。

    對于開關式電源，降低待機能耗顯得非常重要。安森美半導體公司近年來在這方面做了很多努力，公司市場應用高級工程師于輝表示，安森美的絕大多數(shù)PWM控制芯片都具有待機功能。芯片本身可以通過檢測電路工作狀態(tài)，在空載或輕載情況下自動實現(xiàn)待機功能。為進一步降低待機能耗，從系統(tǒng)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/空載時關斷功率因數(shù)校正（PFC），消除了一個功率環(huán)節(jié)，降低了整個系統(tǒng)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(nèi)置非連續(xù)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，避免了兩段設計常見的頻率同步問題并在輕載/空載情況下關斷PFC段，實現(xiàn)了超低待機能耗。