| 以文本方式查看主題 - 曙海教育集團論壇 (http://m.adgdgn.cn/bbs/index.asp) -- 單片機高級 (http://m.adgdgn.cn/bbs/list.asp?boardid=56) ---- 電源管理芯片應(yīng)用推動技術(shù)創(chuàng)新討論 (http://m.adgdgn.cn/bbs/dispbbs.asp?boardid=56&id=2252) |
| -- 作者：wangxinxin -- 發(fā)布時間：2010-12-8 10:25:46 -- 電源管理芯片應(yīng)用推動技術(shù)創(chuàng)新討論 為了充分利用這一增長優(yōu)勢，飛思卡爾利用已經(jīng)建立在這一地區(qū)的設(shè)計中心和銷售辦事處，使自己處于十分有利的位置。例如，去年我們剛剛啟用了上海設(shè)計/應(yīng)用程序中心，使我們僅在中國一地的員工人數(shù)就超過3000人。這將為飛思卡爾的客戶提供快速、全面的系統(tǒng)級解決方案和應(yīng)用程序工程支持功能，以滿足消費、工業(yè)和網(wǎng)絡(luò)市場中的模擬電源管理需求。 此外，飛思卡爾憑借其獲獎的SMARTMOS技術(shù)位于模擬、混合信號和電源產(chǎn)品中的技術(shù)領(lǐng)先地位。飛思卡爾的SMARTMOS技術(shù)把高密度、高速邏輯電路與精確的模擬、高電壓和高電流功率電路相結(jié)合。這種技術(shù)和器件的結(jié)合優(yōu)勢能夠使飛思卡爾推出高性能的模擬和混合信號產(chǎn)品，這些產(chǎn)品的制造可提供可靠、有效和經(jīng)濟高效的解決方案，以適應(yīng)電源管理市場。 芯片的集成度是其性能和價值的重要表現(xiàn)之一。為了進一步增強在模擬市場上的競爭力，飛思卡爾的SMARTMOS技術(shù)可以將高密集度、高速邏輯和精密模擬、高電壓高電流的電源電路集成在一個芯片上。這種“智能集成”可以幫助開發(fā)出高度靈活的模擬產(chǎn)品，降低成本，減少設(shè)備空間和系統(tǒng)設(shè)計復(fù)雜性。飛思卡爾擁有業(yè)內(nèi)最廣泛的8位微控制器系列產(chǎn)品，該產(chǎn)品與電源管理集成電路一起形成封裝級的解決方案和單一芯片專用半導(dǎo)體產(chǎn)品(ASSP)。 飛思卡爾利用先進的模擬技術(shù)和在汽車和手機市場上的成功經(jīng)驗，正在擴充其模擬產(chǎn)品系列，滿足高速增長的新興市場和電子消費品應(yīng)用的需求。為了充分利用這些機會，飛思卡爾正在重點推進的技術(shù)研發(fā)工作包括：數(shù)碼相機的馬達控制和電源管理，普通及特殊應(yīng)用DC-DC轉(zhuǎn)換器，液晶顯示的LED（發(fā)光二極管）背光和電源管理，采用鋰離子電池供電的器件的電源管理解決方案，便攜式媒體播放器的電源管理，數(shù)據(jù)密集型計算、聯(lián)網(wǎng)和海量存儲應(yīng)用的電源管理，聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中的以太網(wǎng)供電(PoE)產(chǎn)品。 由此可以看出，飛思卡爾在模擬產(chǎn)品開發(fā)、流程技術(shù)和設(shè)計資源方面正在進行戰(zhàn)略性投資，希望抓住模擬市場迅速發(fā)展的這一機會。 飛思卡爾在下一代SMARTMOS技術(shù)上也進行了大量投資，并正在利用該技術(shù)將數(shù)字、模擬和電源管理電路結(jié)合到面向電子消費品市場的高度集成且極具市場競爭力的解決方案中。 安森美半導(dǎo)體亞太區(qū)電源管理部市場推廣經(jīng)理蔣家亮 電源管理芯片供應(yīng)商應(yīng)體現(xiàn)獨特價值 隨著電源管理電路的密度變得越來越小而性能變得越來越高，如果外部元件太多，則不能支持更多功能。例如，為了實現(xiàn)良好的待機性能，可能需要集成一定數(shù)量的運算放大器和比較器來使脈寬調(diào)制(PWM)操作轉(zhuǎn)變至跳周期工作模式。這就是為什么高集成度也是電源管理應(yīng)用發(fā)展趨勢的原因。另外一個觀點是電源管理IC的成本。特別是在本世紀最初的這10年，電源管理技術(shù)的演進極具挑戰(zhàn)性，每家半導(dǎo)體公司都積極努力地開發(fā)高性價比而內(nèi)部功能未被犧牲的電源管理IC。因此，我們可以想象出電源管理應(yīng)用的技術(shù)演進將是朝高性價比和高性能方向發(fā)展。 從市場角度而言，電源管理芯片的設(shè)計人員應(yīng)當(dāng)了解市場演變趨勢、有關(guān)能效的國際標準以及重要客戶的專有規(guī)范及其背后的設(shè)計哲學(xué)(形狀、適應(yīng)性和功能等)，從而滿足特定應(yīng)用要求，例如美國蘋果公司就對產(chǎn)品訂立了嚴苛的規(guī)范要求。從技術(shù)角度而言，設(shè)計人員應(yīng)當(dāng)設(shè)計高密度的IC技術(shù)、高能效的電路模塊等，同時不損及IC對環(huán)境噪聲的免疫性能。 線性電源是一種比較簡單的電源轉(zhuǎn)換器，將高輸入電壓轉(zhuǎn)換為低輸出電壓，而輸入電流等于輸出電流。線性電源的優(yōu)勢包括電路簡單、設(shè)計簡單直接、噪聲低、IC芯片尺寸小及靜態(tài)電流低，其劣勢則包括電源損耗較多、能效較低(僅達35%～50%)、變壓器重量較大、難以應(yīng)用在需要高能效的大功率或高密度電源中。 與線性電源不同，開關(guān)電源或開關(guān)穩(wěn)壓器重復(fù)切換“開”和“關(guān)”狀態(tài)，其能效高、重量輕，但開關(guān)電源的設(shè)計復(fù)雜度高，整體解決方案外形較大，需要導(dǎo)通元件、電感、二極管和電容等，在電磁干擾噪聲、環(huán)路穩(wěn)定性等方面需要仔細處理，適合高能效和高密度電源設(shè)計。根據(jù)能量存儲元件的不同，開關(guān)電容主要包括電感升壓驅(qū)動器和電荷泵/開關(guān)電容驅(qū)動器這兩種類型。 某些新的高能效封裝技術(shù)也可能幫助實現(xiàn)更高密度，提高器件性能。例如，QFN（四方無引腳扁平封裝）或DFN（雙側(cè)引腳扁平封裝）封裝已經(jīng)展示出它們在高密度設(shè)計方面的應(yīng)用優(yōu)勢。這些封裝提供良好的熱性能，使得熱量可以從封裝本身擴散至PCB布線區(qū)域，這樣一來，一方面可以保持設(shè)計的尺寸最小，另一方面能夠消除體積較大的散熱片。此外，在諸如低壓MOSFET這樣的應(yīng)用中，新的扁平引線技術(shù)能夠在MOSFET上實現(xiàn)體積更小的封裝及更高的密度，與此同時能夠免除使用寄生元件(雜散電感和電容)，這將幫助消除某些外部緩沖器電路，從而減少元件數(shù)量，實現(xiàn)更高能效。
展望中國電源管理市場未來幾年的發(fā)展，我們認為消費電子(如液晶電視和白家電)以及電信等應(yīng)用領(lǐng)域可為電源管理IC帶來廣闊的發(fā)展空間。安森美半導(dǎo)體提供高性能的解決方案，用于這些領(lǐng)域。 美信集成產(chǎn)品公司 新型封裝技術(shù)提升LDO性能 不同的系統(tǒng)對電源有不同的要求，為了發(fā)揮系統(tǒng)的最佳性能，需要選擇最適合的電源管理方式，比如線性電源、開關(guān)電源及電荷泵等。三種電源轉(zhuǎn)換器中，線性穩(wěn)壓器的局限性表現(xiàn)在其輸出電壓只能低于輸入電壓；開關(guān)電源最為通用，能夠提供升壓、降壓以及極性相反的輸出；電荷泵同樣可提供升壓、降壓、極性相反的輸出，但其輸出電流有限。 線性穩(wěn)壓器利用一個有源調(diào)整元件(雙極型晶體管或MOSFET)將輸入電壓降低至穩(wěn)定的輸出電壓，其中低壓差線性穩(wěn)壓器(LDO)在最近幾年的應(yīng)用已經(jīng)十分廣泛。壓差指維持輸出穩(wěn)定所需要的最小電壓差(輸入和輸出之間)，壓差在1V以內(nèi)的調(diào)節(jié)器稱為LDO，但現(xiàn)在典型的調(diào)節(jié)器具有100mV至300mV的壓差。線性穩(wěn)壓器的輸入電流接近于輸出電流，可以用輸出電壓與輸入電壓的比估算它的效率。如果輸出電壓非常接近輸入電壓，線性穩(wěn)壓器就可提供較高的轉(zhuǎn)換效率，如果輸入電壓高出輸出電壓很多，或者它在很寬的范圍內(nèi)變動，就很難獲得比較高的轉(zhuǎn)換效率。線性穩(wěn)壓器具有小尺寸、低成本、低噪聲等特點，而且使用非常簡單，因此，在電壓、電流條件適當(dāng)時應(yīng)盡可能選用線性穩(wěn)壓器。除此之外LDO還可作為一道屏障來隔離開關(guān)調(diào)節(jié)器產(chǎn)生的噪聲，這時，LDO的低壓差特性有利于改善電路的總體效率。 與線性穩(wěn)壓器相比，開關(guān)電源占用更大的電路板面積(不考慮線性穩(wěn)壓的散熱片)，成本更高，所產(chǎn)生的噪聲也較大。而在最近幾年開關(guān)電源的普及率卻大大提高了，其主要原因是開關(guān)電源在不同輸入電壓、不同負載電流條件下能夠提供很高的轉(zhuǎn)換效率，升壓、降壓型開關(guān)電源效率可達96%，當(dāng)然，降壓型開關(guān)電源的轉(zhuǎn)換效率可能更高一些。用電荷泵同樣可實現(xiàn)上述轉(zhuǎn)換，但該類芯片所能提供的負載電流有一定的局限性。LDO的主要缺陷是效率較低，特別是為低壓電路供電時效率問題更加突出。由于在新型手機內(nèi)部集成了PDA功能或上網(wǎng)功能，要求處理器的數(shù)據(jù)處理能力、運算能力更加強大，為了降低功耗，處理器的核電壓不斷降低，從1.8V降到了0.9V。為了降低電池損耗，要求采用高效的降壓型轉(zhuǎn)換器為處理器核供電。設(shè)計中需要考慮的主要因素有：低成本、小尺寸、高效率、低靜態(tài)(待機)電流和快速瞬態(tài)響應(yīng)。為解決上述問題不僅需要豐富的模擬設(shè)計經(jīng)驗，還需要一定的獨創(chuàng)能力。就目前來說，只有少數(shù)領(lǐng)先的模擬半導(dǎo)體制造商能夠提供SOT23封裝、具有1MHz以上開關(guān)頻率、允許選用微小外部電感和電容元件的降壓轉(zhuǎn)換器。 當(dāng)前，很多產(chǎn)品(如手機、數(shù)碼相機等)傾向于將電源管理功能集成在單芯片上，用于射頻、功放的LDO和用于LED驅(qū)動的DC-DC電源的功能都可以在同一塊PMIC(電源管理集成電路)中得以實現(xiàn)。 多年以來，SOT23封裝的150mALDO是分立電源的最佳選擇。目前，一些IC采用新型封裝、新型亞微米處理工藝和先進的設(shè)計方案，能夠以更小的尺寸提供更高的性能。SOT23封裝的LDO可以提供300mA輸出電流或在SOT23封裝內(nèi)集成兩路150mALDO；尺寸更小的SC70封裝內(nèi)可以集成120mA的LDO并提供超低噪聲。此外，更為先進的芯片級封裝提供最小的封裝尺寸，而QFN封裝則允許在3mm×3mm面積內(nèi)裝入最大的晶片尺寸并提供更高的導(dǎo)熱能力。因此，QFN封裝可以集成更高電流的LDO或在每封裝中集成更多數(shù)量的LDO，從而縮小了分立方案與PMIC之間的差異。 凌力爾特公司電源產(chǎn)品部產(chǎn)品市場經(jīng)理TonyArmstrong 集成電源管理功能降低市場風(fēng)險 線性低壓差穩(wěn)壓器被認為是形式最簡單的穩(wěn)壓器，由于其固有DC電壓轉(zhuǎn)換的原因，它只能把輸入電壓降至一個較低的數(shù)值。它最為明顯的缺陷在于其熱管理性能方面，原因是其轉(zhuǎn)換效率可以被近似為輸出電壓與輸入電壓之比。例如：假設(shè)一個可從單節(jié)鋰離子電池的3.6V標稱電壓來提供1.8V輸出電壓(在200mA電流條件下)的LDO，用于驅(qū)動一個圖像處理器，轉(zhuǎn)換效率僅為50%，因而在蜂窩電話的內(nèi)部產(chǎn)生了熱點，并縮短了電池的運行時間。雖然在輸入和輸出電壓相差較大時會出現(xiàn)上述情形，但在該電壓差很小的時候，情況就不是這樣了。例如：當(dāng)從1.5V降壓至1.2V時，轉(zhuǎn)換效率將為80%。
線性穩(wěn)壓器和傳統(tǒng)型開關(guān)穩(wěn)壓器的折中方案是充電泵。當(dāng)采用充電泵時，外部存儲元件是電容器，而不是電感器。由于沒有電感器，因此將緩解有可能干擾敏感的RF接收器或藍牙芯片組的任何潛在電磁干擾問題。不過，潛在的不足之處是有限的輸入/輸出電壓比和有限的輸出電流能力。 因此，對于設(shè)計師而言，是選擇線性穩(wěn)壓器還是開關(guān)穩(wěn)壓器并不是一件可以簡單決定的事情。要做出這個決定，將不得不考慮諸多的因素，例如噪聲問題、空間約束條件、轉(zhuǎn)換效率和熱考慮。幸運的是，目前市面上已經(jīng)有了眾多不同類型的穩(wěn)壓器，于是，所有設(shè)計師必須完成的工作就是根據(jù)其獨特的系統(tǒng)約束條件進行抉擇。這些工作是按照常規(guī)程序進行的。 許多電源管理芯片廠商所開發(fā)的規(guī)模龐大且復(fù)雜的電源管理IC常常是專為某家單一大客戶而定制的，凌力爾特公司認為，這種方法需要在性能上做出某些讓步，并會由于開發(fā)周期漫長而蒙受巨大的商業(yè)風(fēng)險，這樣的策略與我們所服務(wù)的瞬息萬變的市場是不相適應(yīng)的。 凌力爾特采取了一種不同的方法，并開發(fā)出了一個新的IC產(chǎn)品線，該產(chǎn)品系列實現(xiàn)了“有意義的集成”，旨在整合電池供電型便攜式設(shè)備中所有難以實現(xiàn)的功能。大多數(shù)電池供電型手持式產(chǎn)品一般均能夠從一個AC適配器、一根通用串行總線(USB)電纜或單節(jié)鋰離子/鋰聚合物電池來供電；然而，對這些電源之間的電源通路控制進行管理卻提出了一項重大的技術(shù)挑戰(zhàn)。直到最近，設(shè)計師們一直試圖采取“分立”的方式來執(zhí)行該功能，但其間遇到了有可能引發(fā)重大系統(tǒng)問題的熱插拔和大浪涌電流等可怕的難題。 顯然，在大多數(shù)電池供電型手持式產(chǎn)品內(nèi)部存在著共同的特點和功能，可采用實現(xiàn)了“有意義集成”的PMIC，而不會出現(xiàn)因為采用單一晶圓生產(chǎn)工藝來制造IC導(dǎo)致的常見性能折中。凌力爾特公司近期推出了該門類中的下一代產(chǎn)品――― LTC35xx系列，該系列代表了面向這些應(yīng)用的全新器件性能和功能水平。 TDK(中國)投資有限公司營業(yè)促進部經(jīng)理富田裕文 力求產(chǎn)品小型化以減少耗電 電源電路技術(shù)屬于模擬電路技術(shù)，其方向性與數(shù)字技術(shù)不同。數(shù)字技術(shù)的處理電壓為低電壓，不容易受安全規(guī)格等的制約，容易實現(xiàn)集成化；而電源電路的輸入電壓為交流100V～240V，在安全要求方面，由于受到沿面距離(爬電距離)的規(guī)定制約和干擾方面的規(guī)定限制，難以實現(xiàn)集成化。 另外，電源管理電路成本要求較高，所以多數(shù)人并不愿意接受隨意實行集成化的要求。但由于機器小型化的需求絲毫不減，目前已經(jīng)實現(xiàn)了IC(集成電路)和FET(場效應(yīng)晶體管)的一體化。從裝配角度而言，作為SMD(表面貼裝)的部件，在鋁電路板上需要裝配部件，用樹脂固型，繞線，電容、半導(dǎo)體、電阻等部件的集成化成了必然的趨勢。 一般說來，為實現(xiàn)小型化，開關(guān)電源電路的高頻率化是發(fā)展方向，但存在干擾、效率差等難以突破的難題。特別在變壓器必須高頻率化的前提下，在研討電源控制芯片的小型化時，必須和變壓器廠家協(xié)商好。 電源電路中使用具有壽命極限的電解電容器。電解電容器容易受熱的影響，需要采用不易受熱源影響的配置。目前正在采用3DCAD(三維計算機輔助設(shè)計)和熱模擬器技術(shù)，以指導(dǎo)研制出更好的配置，并將其實現(xiàn)產(chǎn)品化。 關(guān)于變壓器，TDK公司正在致力于小型化、薄型化的新產(chǎn)品開發(fā)。TDK正著手改良磁芯的材質(zhì)、研討薄型產(chǎn)品構(gòu)造，改善發(fā)熱現(xiàn)象的負面影響，并對產(chǎn)品進行綜合評估，整體推動開發(fā)的進程。今后，為了實現(xiàn)開關(guān)電源的小型化，越來越需要將熱分析、裝配配置等作為考慮的因素。 TDK擁有鐵氧體這種材料，可實現(xiàn)從材料到生產(chǎn)出變壓器成品。現(xiàn)在，TDK公司正在開發(fā)各種用途的鐵氧體材料，針對不同的用途，提供各具特色的產(chǎn)品。特別是在平板電視中使用了諧共振電路，電力浪費較少(低發(fā)熱)的磁芯材料有望發(fā)揮其應(yīng)有的功能。公司雖然擁有PC47材質(zhì)，但為了進一步減少電力損失，正在謀求把傳統(tǒng)的EER35形狀的產(chǎn)品尺寸縮減成EER28L尺寸，以期在小型化方面進一步拉開與其他產(chǎn)品的差距。 隨著變壓器生產(chǎn)發(fā)展到自動化繞線階段，產(chǎn)品的特性差異逐步縮小。通過自動化技術(shù)，可實現(xiàn)產(chǎn)品的穩(wěn)定供給，減少了人為因素對品質(zhì)和成本方面造成的影響。 TDK是針對變壓器的特性要求進行產(chǎn)品設(shè)計的，所以構(gòu)筑起一種體制，就是面對所有顧客都一律確保在較短交貨期內(nèi)提供設(shè)計上達到最佳性能的變壓器產(chǎn)品，并提供設(shè)計對應(yīng)服務(wù)和包括電路方面的支援服務(wù)體制。
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