電源管理技術(shù)的三大創(chuàng)新趨勢

【W(wǎng)ord版本下載可任意編輯】電源管理技術(shù)的三大創(chuàng)新趨勢也許是因?yàn)殡娫垂芾砑夹g(shù)的相關(guān)難題，或者是電源管理行業(yè)保守的本質(zhì)，電源領(lǐng)域的發(fā)展趨勢往往具有很長的生命周期。但是我們不能僅僅因?yàn)樾袠I(yè)中存在一個(gè)固有的趨勢就止步不前。當(dāng)不再有創(chuàng)新的時(shí)機(jī)時(shí)，所謂趨勢也就失去了本質(zhì)意義；然而，當(dāng)技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)新的創(chuàng)新時(shí)，一些潛在的趨勢也會(huì)被喚醒。趨勢與引導(dǎo)趨勢的技術(shù)之間存在著一些差異。

電源管理領(lǐng)域不斷發(fā)展的趨勢包括：

●功率效率。

●功率密度。

●能量采集。

●數(shù)控電源。

●實(shí)現(xiàn)快速設(shè)計(jì)的電源管理工具。

●寬VIN電源。

●高集成度。

●智能電源。

我們將見證增長快速的創(chuàng)新領(lǐng)域：

●更高的功率密度。

●智能電源。

●能量采集。

功率密度

功率密度領(lǐng)域的競爭就像是20世紀(jì)80年代的“軍備競賽”，在那時(shí)，很多公司花費(fèi)大量的研發(fā)經(jīng)費(fèi)來使自己保持地位。這些公司竭盡所能地以體積的器件來處理的功率。然而這一趨勢也帶來了諸多挑戰(zhàn)，如全新的拓?fù)洌o橋功率因數(shù)糾正）、更高的開關(guān)頻率，當(dāng)然也包括成效的提高。在輔助器件方面，我們也擁有了全新的技術(shù)：諸如氮化鎵(GaN)和碳化硅(SiC)開關(guān)器件等寬帶隙(WBG)器件。我們還需要支持面向這一趨勢的生態(tài)系統(tǒng)，其中包括更快速的驅(qū)動(dòng)器和那些能夠管理這些驅(qū)動(dòng)器和開關(guān)器件功能的控制器。具有10ns以下脈沖寬度以及更短傳播延遲的器件在實(shí)現(xiàn)那些能夠支持更高功率密度發(fā)展趨勢的拓?fù)浞矫姘l(fā)揮了關(guān)鍵作用。很多高功率密度演示使用了高性能數(shù)字電源控制器，這些控制器本身不會(huì)消耗很多電能，但需要有非常好的邊緣控制以及極快的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器來實(shí)現(xiàn)回路控制。此外，它們還需要能夠迅速計(jì)算針對下一開關(guān)周期響應(yīng)時(shí)間的電路。所以，不難看出，功率密度的重大改良為創(chuàng)新提供了肥沃的土壤。

智能電源

智能電源是一個(gè)主要?jiǎng)?chuàng)新趨勢，通過讓系統(tǒng)管理電源子系統(tǒng)來滿足系統(tǒng)效率要求。在過去，電源子系統(tǒng)基本上是自我管理的。根據(jù)系統(tǒng)需求，電源設(shè)計(jì)人員可以在排序、軟啟動(dòng)和停止以及故障檢測響應(yīng)等方面配置電源，但是這些基本都屬于基本配置。目前的系統(tǒng)要求電源子系統(tǒng)和主系統(tǒng)之間更加實(shí)時(shí)的合作與配合。諸如電源管理總線(PMBus)的工業(yè)接口有助于接口和數(shù)據(jù)協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)化，但是在系統(tǒng)與電源配合工作時(shí)它才會(huì)發(fā)揮真正的優(yōu)勢。在大多數(shù)情況下，系統(tǒng)往往會(huì)提前知道何時(shí)改變工作模式，而這將要求電源系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)方式作出相應(yīng)的改變。與電源系統(tǒng)分享這些信息使得電源能夠做適當(dāng)?shù)捻憫?yīng)。

當(dāng)系統(tǒng)與電源子系統(tǒng)能夠以較高的電平開展通信時(shí)，我們將迎來巨大的創(chuàng)新時(shí)機(jī)。目前的系統(tǒng)使用動(dòng)態(tài)電壓縮放(DVS)，系統(tǒng)告訴電源子系統(tǒng)改變輸出電壓。雖然這個(gè)方法有效，但是能做到的并不僅僅是這些。以更高的電平傳遞更多的信息可以將更豐富的信息提供應(yīng)多維電源，而這更好地滿足了對響應(yīng)的需求。混合信號處理技術(shù)使設(shè)計(jì)人員能夠?qū)崿F(xiàn)分區(qū)。電源集成電路(IC)設(shè)計(jì)人員能夠?qū)?shù)字智能器件與模擬電路嚴(yán)密結(jié)合在一起。這使得集成電源轉(zhuǎn)換器能夠滿足對更加智能電源子系統(tǒng)的需要，以使其可以更加輕松地與主系統(tǒng)配合工作。未來的器件將加快解決總體系統(tǒng)效率的發(fā)展趨勢。

能量采集

能量采集發(fā)展趨勢是實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)(IoT)的主要推動(dòng)者。很多IoT器件依賴于無線連接方面的創(chuàng)新，但是要想實(shí)現(xiàn)真正地高效運(yùn)轉(zhuǎn)，這些IoT器件需要采用無線供電方式。電池當(dāng)然可以為IoT供電，但是在后續(xù)使用中的電池替換會(huì)是一個(gè)問題。只要能夠提供所需的全部電能，那么從環(huán)境中采集能量將是明智選擇。采集環(huán)境能量為創(chuàng)新提供了很多時(shí)機(jī)。改良能量采集器的效率是主要的研究領(lǐng)域，但是如何管理這些采集到的能量也同樣重要。環(huán)境中的能量并不一直那么穩(wěn)定，所以必須在能量充足時(shí)將能量儲存起來，以備不時(shí)之需。為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)目的，能量采集管理單元應(yīng)該消耗盡可能少的能量。

IoT的另一個(gè)問題是，為了限度地減少所需總能量，峰值平均功率比往往比較極端，經(jīng)常超過1000比1。能量管理單元需要在保持極低功耗的同時(shí)，以極短的延遲時(shí)間處理這些請求。

也許大家都沒有意識到，數(shù)字電源控制成為流行的電源管理趨勢并在APEC引起熱議已經(jīng)是十年前的事了。這說明數(shù)字電源控制并非全新的趨勢，而是因工藝技術(shù)創(chuàng)新而重新煥發(fā)活力。在這場工藝技術(shù)創(chuàng)新中，高性能數(shù)字電路可以與高性能模擬電路集成在同一芯片上。我們可以在某些領(lǐng)域應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)相同的情況。例如在IC封裝中以低成本的方式集成高性能無源元件。

我們很難區(qū)分原因與結(jié)果，就像是先有雞還是先有蛋這個(gè)問題一樣，很難給出答案。是技術(shù)拉開了某個(gè)發(fā)展趨勢的序幕，還是一個(gè)發(fā)