工業(yè)應用日趨復雜，高集成電源模塊成新寵

電源管理芯片是技術(shù)比較成熟的產(chǎn)品，國內外廠(chǎng)家之間的競爭也非常激烈，采取哪些舉措來(lái)確保行業(yè)領(lǐng)先的地位，一直是各家大廠(chǎng)不斷思考的課題。

 

Intersil公司戰略及基礎設施電源產(chǎn)品高級副總裁Mark Downing在電源管理行業(yè)有著(zhù)數十年的工作經(jīng)驗，在接受本刊采訪(fǎng)時(shí)他指出，隨著(zhù)系統需求發(fā)生變化，電源管理技術(shù)需要及時(shí)改進(jìn)，使之成為最活躍的創(chuàng )新領(lǐng)域之一。因此，雖然電源管理技術(shù)早已存在，但當前的解決方案已顯著(zhù)有別于其最早形態(tài)。不斷變化的化學(xué)電池、對環(huán)保技術(shù)的更加重視、對移動(dòng)性和更小外形的渴望都在使傳統電源管理解決方案發(fā)生改變?，F今的系統要求極高的效率水平和更小的尺寸，這要求更高的集成度以及電路設計、封裝和工藝技術(shù)專(zhuān)業(yè)知識，許多情況下還要求全面采用數字電源。

 

Intersil公司戰略及基礎設施電源產(chǎn)品高級副總裁Mark Downing

 

例如在移動(dòng)設備市場(chǎng)，客戶(hù)面臨激烈競爭，業(yè)務(wù)變化非常迅速，由于需要在不斷為其產(chǎn)品添加新特性和功能，同時(shí)還要延長(cháng)電池續航時(shí)間，所以他們對電源具有苛刻的要求。隨著(zhù)終端變得更小、更薄、以及電路板面積縮小，將這些功能集成在單個(gè)芯片上的需求顯著(zhù)上升，而這正是Intersil帶給客戶(hù)的重大優(yōu)勢之一。

 

而在工業(yè)和基礎設施市場(chǎng)，為支持先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò )處理器、內存、FPGA和ASIC，電壓軌的數量正在不斷增加，使得電源設計日益復雜，這需要更多DC/DC轉換器來(lái)管理電源負載。隨著(zhù)電源需求變得更加復雜，電源管理同樣變得更加復雜。在這個(gè)原因下，為了節省設計時(shí)間，電源模塊重新流行起來(lái)。利用先進(jìn)IC及封裝來(lái)提供高效和一攬子電源解決方案的高度集成電源模塊，將使系統設計工程師無(wú)需成為專(zhuān)家也能采用最佳電源技術(shù)。

 

工業(yè)開(kāi)關(guān)電源的集成趨勢

 

圖1展示了工業(yè)開(kāi)關(guān)電源的集成趨勢：綠色區域代表現有完全集成式同步降壓穩壓器的技術(shù)，即所有的調制器、驅動(dòng)器、功率MOSFET都集成在一個(gè)IC中；藍色區域則代表功率MOSFET和調制器分立的產(chǎn)品方案。Intersil公司工業(yè)電源市場(chǎng)與應用總監Lokesh Duraiappah說(shuō)十年前，綠色區域面積要比藍色區域小得多，但隨著(zhù)LDMOS技術(shù)的發(fā)展，越來(lái)越多集成的解決方案被開(kāi)發(fā)出來(lái)。不過(guò)，追求高輸入電壓和低電流的情況例外，只能選擇控制器+外部功率MOSFET的解決方案來(lái)實(shí)現。

 

 

圖1：工業(yè)開(kāi)關(guān)電源的集成趨勢

 

Lokesh Duraiappah認為，數字控制器最重要的是PMBus遙測功能，通過(guò)該功能可監測每一個(gè)負載的溫度、過(guò)電、過(guò)壓功能，因此主要應用于對功率順序和電壓余量有較高要求的場(chǎng)合。例如，現在計算、通信、服務(wù)器等應用都在使用FPGA，它有多個(gè)電壓軌，功率順序非常重要，這時(shí)數字控制器的靈活性要優(yōu)于模擬控制器。但對工業(yè)應用而言，它們往往不需特別高的功率，電路也不是特別復雜，對于PMBus遙測功能沒(méi)有非常嚴格的要求，反而是對占板空間、效率、解決負載點(diǎn)問(wèn)題的需求很強烈，因此模擬控制器更為適合。

 

但他也同時(shí)指出，現在市場(chǎng)上對于消除中間級總線(xiàn)，直接把高壓(比如40V、36V、42V)轉化為低壓(包括3.3V、5V或者1V)的呼聲越來(lái)越高。此外，隨著(zhù)FPGA、MCU、ASIC復雜性的日益上升，電壓軌數目增多，以及備用電池的使用增多等，也都正在成為工業(yè)通用型電源發(fā)展的新趨勢。

 

工程師在進(jìn)行工業(yè)電源設計時(shí)，該如何選擇控制器？他該最先關(guān)注哪些功能或參數？Lokesh Duraiappah對此回應稱(chēng)，很多參數都是值得考慮的，比如輸入電壓范圍、輸出電壓范圍等。從控制器角度來(lái)講，一個(gè)重要的因素是可以支持的最小接通時(shí)間，因為只有在最小接通時(shí)間非常低的情況下，才有可能實(shí)現大幅度調整；其次可以關(guān)注柵極驅動(dòng)，即它能驅動(dòng)的功率MOSFET的最大是多少；第三則要看易用性，在默認設置上看搜索頻率、軟啟動(dòng)還有引腳數量是否滿(mǎn)意；第四大要素是開(kāi)關(guān)頻率，在擁有很高的開(kāi)關(guān)頻率的情況下，對電流波、效率、電感尺寸的選擇余地就非常大。當然，參考設計的使用也非常關(guān)鍵，畢竟誰(shuí)都不愿意從頭再去對一個(gè)芯片做研究和探索。

 

但不論技術(shù)如何改進(jìn)，對于電源產(chǎn)品來(lái)講，效率還是重中之重。Lokesh Duraiappah表示，通過(guò)改善產(chǎn)品架構降低靜態(tài)電流將是未來(lái)的方向之一。針對FET技術(shù)和集成式控制器，會(huì )進(jìn)一步投資技術(shù)來(lái)降低RDS，并不斷提升控制器的制造工藝，從而達到降低占板空間、提升效率的目的。