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電子市場(chǎng)中的便攜與非便攜電子產(chǎn)品的數(shù)量激增，而且每件產(chǎn)品中的元件數(shù)量也不斷上升。這種趨勢(shì)要求為電子產(chǎn)品提供有效率的電源管理解決方案，從而刺激電源管理集成電路(PMIC)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。 “電子產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)致力于開發(fā)外形尺寸更小的產(chǎn)品，并把更多的特點(diǎn)集成在一個(gè)單一的器件之中?！盩echnical Insights的分析師Ashwini Meena表示。“電子產(chǎn)品數(shù)量大增，節(jié)能需求增強(qiáng)，要求廠商開發(fā)更高級(jí)和更可靠的下一代PMIC。”PMIC產(chǎn)業(yè)面臨的主要挑戰(zhàn)是其外形尺寸不斷縮小，導(dǎo)致總體復(fù)雜程度上升。另外，為了應(yīng)對(duì)便攜電子產(chǎn)品尺寸不斷縮小的趨勢(shì)，PMIC也必須變得更小。設(shè)計(jì)小尺寸便攜產(chǎn)品的需求，已導(dǎo)致半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的制造工藝向更小的尺寸方向發(fā)展。IC的尺寸縮小和集成度的提高，造成了熱管理問題。 Meena指出，研究人員正在開發(fā)具有創(chuàng)新性的封裝技術(shù)，降低發(fā)熱量，以解決上述散熱問題。電源市場(chǎng)高度分散，而且PMIC領(lǐng)域競(jìng)爭(zhēng)極其激烈。PMIC的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，廠商必須了電腦和外設(shè)、通訊、汽車、消費(fèi)電子和工業(yè)等大型最終用戶市場(chǎng)的技術(shù)發(fā)展情況。因此，PMIC產(chǎn)業(yè)需要高水平的創(chuàng)新，因?yàn)樗仨毟霞夹g(shù)高度發(fā)展的電子產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)。PMIC供應(yīng)商需要滿足電子產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)的設(shè)計(jì)要求。 汽車行業(yè)中LED使用的增加是電源管理IC市場(chǎng)的主要推動(dòng)因素。數(shù)字電源和相應(yīng)監(jiān)控軟件、IP將成為電源管理IC領(lǐng)域的重要技術(shù)。
摘要：本文論述了低壓差線性穩(wěn)壓器(LDO)的基本原理和主要參數(shù)，并介紹LDO的典型應(yīng)用和國(guó)內(nèi)發(fā)展概況。 引言 便攜電子設(shè)備不管是由交流市電經(jīng)過整流(或交流適配器)后供電，還是由蓄電池組供電，工作過程中，電源電壓都將在很大范圍內(nèi)變化。比如單體鋰離子電池充足電時(shí)的電壓為4.2V，放完電后的電壓為2.3V，變化范圍很大。各種整流器的輸出電壓不僅受市電電壓變化的影響，還受負(fù)載變化的影響。為了保證供電電壓穩(wěn)定不變，幾乎所有的電子設(shè)備都采用穩(wěn)壓器供電。小型精密電子設(shè)備還要求電源非常干凈（無紋波、無噪聲），以免影響電子設(shè)備正常工作。為了滿足精密電子設(shè)備的要求，應(yīng)在電源的輸入端加入線性穩(wěn)壓器，以保證電源電壓恒定和實(shí)現(xiàn)有源噪聲濾波[1]。 一．LDO的基本原理 低壓差線性穩(wěn)壓器(LDO)的基本電路如圖1-1所示，該電路由串聯(lián)調(diào)整管VT、取樣電阻R1和R2、比較放大器A組成。
取樣電壓加在比較器A的同相輸入端，與加在反相輸入端的基準(zhǔn)電壓Uref相比較，兩者的差值經(jīng)放大器A放大后，控制串聯(lián)調(diào)整管的壓降，從而穩(wěn)定輸出電壓。當(dāng)輸出電壓Uout降低時(shí)，基準(zhǔn)電壓與取樣電壓的差值增加，比較放大器輸出的驅(qū)動(dòng)電流增加，串聯(lián)調(diào)整管壓降減小，從而使輸出電壓升高。相反，若輸出電壓Uout超過所需要的設(shè)定值，比較放大器輸出的前驅(qū)動(dòng)電流減小，從而使輸出電壓降低。供電過程中，輸出電壓校正連續(xù)進(jìn)行，調(diào)整時(shí)間只受比較放大器和輸出晶體管回路反應(yīng)速度的限制。 應(yīng)當(dāng)說明，實(shí)際的線性穩(wěn)壓器還應(yīng)當(dāng)具有許多其它的功能，比如負(fù)載短路保護(hù)、過壓關(guān)斷、過熱關(guān)斷、反接保護(hù)等，而且串聯(lián)調(diào)整管也可以采用MOSFET。 二．低壓差線性穩(wěn)壓器的主要參數(shù) 1．輸出電壓(Output Voltage) 輸出電壓是低壓差線性穩(wěn)壓器最重要的參數(shù)，也是電子設(shè)備設(shè)計(jì)者選用穩(wěn)壓器時(shí)首先應(yīng)考慮的參數(shù)。低壓差線性穩(wěn)壓器有固定輸出電壓和可調(diào)輸出電壓兩種類型。固定輸出電壓穩(wěn)壓器使用比較方便，而且由于輸出電壓是經(jīng)過廠家精密調(diào)整的，所以穩(wěn)壓器精度很高。但是其設(shè)定的輸出電壓數(shù)值均為常用電壓值，不可能滿足所有的應(yīng)用要求，但是外接元件數(shù)值的變化將影響穩(wěn)定精度。 2．最大輸出電流(Maximum Output Current) 用電設(shè)備的功率不同，要求穩(wěn)壓器輸出的最大電流也不相同。通常，輸出電流越大的穩(wěn)壓器成本越高。為了降低成本，在多只穩(wěn)壓器組成的供電系統(tǒng)中，應(yīng)根據(jù)各部分所需的電流值選擇適當(dāng)?shù)姆€(wěn)壓器。 3．輸入輸出電壓差(Dropout Voltage) 輸入輸出電壓差是低壓差線性穩(wěn)壓器最重要的參數(shù)。在保證輸出電壓穩(wěn)定的條件下，該電壓壓差越低，線性穩(wěn)壓器的性能就越好。比如，5.0V的低壓差線性穩(wěn)壓器，只要輸入5.5V電壓，就能使輸出電壓穩(wěn)定在5.0V。 4．接地電流(Ground Pin Current) 接地電路IGND是指串聯(lián)調(diào)整管輸出電流為零時(shí)，輸入電源提供的穩(wěn)壓器工作電流。該電流有時(shí)也稱為靜態(tài)電流，但是采用PNP晶體管作串聯(lián)調(diào)整管元件時(shí)，這種習(xí)慣叫法是不正確的。通常較理想的低壓差穩(wěn)壓器的接地電流很小。 5．負(fù)載調(diào)整率(Load Regulation) 負(fù)載調(diào)整率可以通過圖2-1和式2-1來定義，LDO的負(fù)載調(diào)整率越小，說明LDO抑制負(fù)載干擾的能力越強(qiáng)。
式中 △Vload—負(fù)載調(diào)整率 Imax—LDO最大輸出電流 Vt—輸出電流為Imax時(shí)，LDO的輸出電壓 Vo—輸出電流為0.1mA時(shí)，LDO的輸出電壓 △V—負(fù)載電流分別為0.1mA和Imax時(shí)的輸出電壓之差 6．線性調(diào)整率(Line Regulation) 線性調(diào)整率可以通過圖2-2和式2-2來定義，LDO的線性調(diào)整率越小，輸入電壓變化對(duì)輸出電壓影響越小，LDO的性能越好。
式中 △Vline—LDO線性調(diào)整率 Vo—LDO名義輸出電壓 Vmax—LDO最大輸入電壓 △V—LDO輸入Vo到Vmax‘輸出電壓最大值和最小值之差 7．電源抑制比(PSSR) LDO的輸入源往往許多干擾信號(hào)存在。PSRR反映了LDO對(duì)于這些干擾信號(hào)的抑制能力。 三．LDO的典型應(yīng)用 低壓差線性穩(wěn)壓器的典型應(yīng)用如圖3-1所示。圖3-1(a)所示電路是一種最常見的AC/DC電源，交流電源電壓經(jīng)變壓器后，變換成所需要的電壓，該電壓經(jīng)整流后變?yōu)橹绷麟妷骸Ｔ谠撾娐分?，低壓差線性穩(wěn)壓器的作用是：在交流電源電壓或負(fù)載變化時(shí)穩(wěn)定輸出電壓，抑制紋波電壓，消除電源產(chǎn)生的交流噪聲。 各種蓄電池的工作電壓都在一定范圍內(nèi)變化。為了保證蓄電池組輸出恒定電壓，通常都應(yīng)當(dāng)在電池組輸出端接入低壓差線性穩(wěn)壓器，如圖3-1(b)所示。低壓差線性穩(wěn)壓器的功率較低，因此可以延長(zhǎng)蓄電池的使用壽命。同時(shí)，由于低壓差線性穩(wěn)壓器的輸出電壓與輸入電壓接近，因此在蓄電池接近放電完畢時(shí)，仍可保證輸出電壓穩(wěn)定。 眾所周知，開關(guān)性穩(wěn)壓電源的效率很高，但輸出紋波電壓較高，噪聲較大，電壓調(diào)整率等性能也較差，特別是對(duì)模擬電路供電時(shí)，將產(chǎn)生較大的影響。在開關(guān)性穩(wěn)壓器輸出端接入低壓差線性穩(wěn)壓器，如圖2-3(c)所示，就可以實(shí)現(xiàn)有源濾波，而且也可大大提高輸出電壓的穩(wěn)壓精度，同時(shí)電源系統(tǒng)的效率也不會(huì)明顯降低。 在某些應(yīng)用中，比如無線電通信設(shè)備通常只有一足電池供電，但各部分電路常常采用互相隔離的不同電壓，因此必須由多只穩(wěn)壓器供電。為了節(jié)省共電池的電量，通常設(shè)備不工作時(shí)，都希望低壓差線性穩(wěn)壓器工作于睡眠狀態(tài)。為此，要求線性穩(wěn)壓器具有使能控制端。有單組蓄電池供電的多路輸出且具有通斷控制功能的供電系統(tǒng)如圖3-1(d)所示。
四．國(guó)內(nèi)LDO發(fā)展概況 中國(guó)集成電路(IC)產(chǎn)業(yè)經(jīng)過40余年的發(fā)展，已經(jīng)形成了一個(gè)良好的產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)，并已經(jīng)進(jìn)入了一個(gè)加速發(fā)展的新階段[2]。借鑒國(guó)外先進(jìn)技術(shù)，充分利用國(guó)內(nèi)優(yōu)惠政策，是當(dāng)前國(guó)內(nèi)各個(gè)IC公司發(fā)展的立足點(diǎn)。 作為被廣泛應(yīng)用于手機(jī)、DVD、數(shù)碼相機(jī)以及Mp3等多種消費(fèi)類電子產(chǎn)品中的穩(wěn)壓芯片，LDO已引起人們的高度重視。國(guó)內(nèi)早期從事LDO生產(chǎn)的圣邦微電子有限公司生產(chǎn)的SG2001、SG2002及SG2003系列LDO，足以滿足當(dāng)前市場(chǎng)上主流電壓、電流的需要；它的SG2004、SG2011以及SG2012系列產(chǎn)品，非常適合于大電流負(fù)載應(yīng)用；而它的SGM2007/2006/2005系列RF LDO更適用于手機(jī)電源的應(yīng)用。盡管是國(guó)產(chǎn)芯片，但這些芯片的性能絲毫不遜色于國(guó)外同類產(chǎn)品，而價(jià)格更適合于當(dāng)前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)。 由此看來，國(guó)內(nèi)與國(guó)外IC發(fā)展的差距將不會(huì)越來越大，每個(gè)國(guó)人都可以相信，中國(guó)不僅可以成為IC產(chǎn)業(yè)的新興地區(qū)，更能成為世界IC強(qiáng)國(guó)。 參考文獻(xiàn) 1．王國(guó)華，王鴻麟，羊彥等.便攜電子設(shè)備電源管理技術(shù).西安電子科技大學(xué)出版社.2004,1 2．藺建文.正在崛起的中國(guó)集成電路產(chǎn)業(yè).國(guó)家集成電路設(shè)計(jì)西安產(chǎn)業(yè)化基地.2002 作者：曹會(huì)賓 順應(yīng)電源管理集成趨勢(shì)，芯片廠商妙招不斷
更新于2006-11-30 09:25:17 來源：電子工程專輯
在提高功率密度的需求下，用于工業(yè)的電源模塊不僅向著低電壓大電流的方向不懈努力，而且體積也從1/4磚、1/8磚、到1/16磚不斷縮小著；與此同時(shí)，便攜設(shè)備配套的電源部分在PCB板上占據(jù)的“地盤”也被擠得越來越小。
為了滿足設(shè)備對(duì)電源提出的持續(xù)縮小尺寸、降低成本等苛刻要求，電源芯片廠商正嘗試把線性穩(wěn)壓器、DC/DC轉(zhuǎn)換器、PWM控制器、LDO和充電IC等不同元件集成到單個(gè)器件上，以提供完整的電源解決方案。很明顯可以發(fā)現(xiàn)：功率集成技術(shù)越來越簡(jiǎn)化了電源的結(jié)構(gòu)。 功率器件被廣泛的集成 在AC/DC轉(zhuǎn)換器中集成PFC或PWM，能有效減少電網(wǎng)污染并提高轉(zhuǎn)換效率，這已經(jīng)得到廣泛普及。此外，很多功率器件，如MOSFET、二極管等也與PWM控制器等一起，被集成在單一芯片內(nèi)，從此在PCB上“消失”。目前不僅一些國(guó)外半導(dǎo)體廠商有此類產(chǎn)品，很多本土廠商也陸續(xù)推出很多產(chǎn)品，在此不再贅述。 多個(gè)LDO與DC/DC集成 通過多個(gè)LDO與DC/DC的集成，單一芯片可為設(shè)備輸出多路電壓，滿足產(chǎn)品中不同部件的不同電壓需求。并且，在輕載的時(shí)候LDO代替DC/DC轉(zhuǎn)換器工作，有利于實(shí)現(xiàn)更小的噪音以及更高的效率。例如在美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體(NSC)的PowerWise能源管理單元的系列產(chǎn)品中，就把LDO、升壓/降壓功能或MOSFET集成在DC/DC內(nèi)。NSC亞太區(qū)便攜式設(shè)備電源管理產(chǎn)品市場(chǎng)經(jīng)理羅振輝介紹，“我們的LP3971產(chǎn)品中內(nèi)置了3個(gè)高效率的1600mA可設(shè)定降壓轉(zhuǎn)換器及6個(gè)可設(shè)定的LDO穩(wěn)壓器，因此可以滿足像英特爾XScale處理器等單片機(jī)系統(tǒng)的嚴(yán)格供電要求?！? 此外，TI也有款電源管理產(chǎn)品TPS65020集成了三個(gè)具備集成FET的同步降壓DC/DC轉(zhuǎn)換器、三個(gè)線性穩(wěn)壓器以及一個(gè)I2C通信接口，可實(shí)現(xiàn)全面的可編程性與內(nèi)核電壓的動(dòng)態(tài)電壓縮放。該器件可用于包括智能電話、PDA、數(shù)碼相機(jī)以及便攜式音頻與媒體播放器等。該器件的開關(guān)頻率為1.5MHz，使設(shè)計(jì)人員能夠采用諸如2.2μH電感器等小型外部組件，從而顯著節(jié)省板級(jí)空間。 除了集成多個(gè)DC/DC和可編程穩(wěn)壓器外，意法半導(dǎo)體還把一個(gè)完整的USB-OTG模塊和主流的存儲(chǔ)卡接口，以及處理器電源監(jiān)控和復(fù)位監(jiān)控組件集成到STw4810。其中一個(gè)獨(dú)立的DC/DC降壓轉(zhuǎn)換器在600mA下為處理器內(nèi)核提供1V到1.5V電壓，另一個(gè)為I/O功能和通用功能提供1.8V的電壓。三個(gè)LDO可編程穩(wěn)壓器給輔助設(shè)備和外設(shè)接口供電。USB OTG標(biāo)準(zhǔn)解決了市場(chǎng)對(duì)便攜設(shè)備如手機(jī)、相機(jī)、PDA和MP3播放器之間無需連接主機(jī)即可在低功耗條件下互相通信的要求。
更多安全功能的集成 為了預(yù)防難以預(yù)測(cè)、具有潛在危害的瞬態(tài)電源尖峰和過熱環(huán)境的風(fēng)險(xiǎn)，增強(qiáng)系統(tǒng)保護(hù)能力，一些標(biāo)準(zhǔn)功能，如外部保護(hù)，可被集成進(jìn)IC里。比倒裝芯片的封裝還要薄的NCP1526厚度僅為0.55mm，是安森美一款采用UDFN封裝的集成轉(zhuǎn)換器，它不僅集成了低噪聲LDO，高頻振蕩器，而且把軟啟動(dòng)、逐周期電流限制和熱關(guān)機(jī)保護(hù)等增值特性也集成了進(jìn)去。尤其適合PMP、MP3播放器、手機(jī)數(shù)字多媒體廣播或手持終端數(shù)字視頻廣播芯片組等多媒體便攜式設(shè)備的應(yīng)用微處理器供電。 通過把熱插拔控制器和基于12位模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)集成進(jìn)數(shù)字電源監(jiān)視器，美國(guó)模擬器件公司(ADI)的ADM1175-8系列，能夠有效地測(cè)量和管理刀片式PC和電信系統(tǒng)中的功耗。其中熱插拔控制器可以保護(hù)板卡免受電源和過熱的瞬態(tài)沖擊，并且允許板卡從2.7至14V供電的背板在工作期間安全地插入和拔出；數(shù)字電源監(jiān)視器可以測(cè)量每個(gè)板卡的電源使用狀況并且通過數(shù)字接口將數(shù)據(jù)發(fā)送給片外控制器。高度集成后，元器件成本比分立解決方案減少了33%，并把通常僅每秒100次采樣提高到每秒10,000次采樣。
未來必定還有更廣的集成組合 竭盡妙招解決集成負(fù)面影響 集成可以提升電源性能。集成之后的電源變成一個(gè)密封的模塊，電源連線之間的電感、電磁干擾等大大減少?！案嗟募梢馕吨獠扛俚脑?shù)量，對(duì)工程師來說，減少外部元件的變數(shù)，能帶來更高的可靠性，并簡(jiǎn)化其設(shè)計(jì)?！卑采腊雽?dǎo)體亞太區(qū)電源管理產(chǎn)品經(jīng)理蔣家亮認(rèn)為，“不過由于IC電路的復(fù)雜度提高，有可能會(huì)產(chǎn)生寄生元素。對(duì)于這個(gè)弊端，我們一般通過關(guān)閉電敏感器件或用消隱功能來解決。”由于在設(shè)計(jì)芯片的時(shí)候，考慮了市場(chǎng)和客戶的需要，故設(shè)計(jì)出來的產(chǎn)品能針對(duì)客戶所需，如驅(qū)動(dòng)能力高、EMI抖動(dòng)效果好、高能效、過壓保護(hù)、低待機(jī)能耗、簡(jiǎn)化電路設(shè)計(jì)等等，他補(bǔ)充道。 電子產(chǎn)品越做越小，這導(dǎo)致大量的熱集中在較小的范圍，容易引起溫度過高，引發(fā)散熱難題。蔣家亮建議設(shè)計(jì)工程師通過良好的PCB布局來解決散熱難題；或者采用表面貼裝(如QFN)器件來代替直插穿孔器件。此外，NSC有一些新開發(fā)的電源產(chǎn)品帶有熱能調(diào)節(jié)功能，以LP3971為例，系統(tǒng)設(shè)計(jì)工程師只要采用動(dòng)態(tài)電壓調(diào)節(jié)技術(shù)，供電系統(tǒng)便可根據(jù)處理器的工作量及時(shí)鐘頻率調(diào)節(jié)輸出電壓，幫助系統(tǒng)進(jìn)一步降低功耗。 對(duì)于IC供應(yīng)商來說，使更多功能集成在芯片上，也是抵抗價(jià)格不斷下降的一種方式，以在激烈的競(jìng)爭(zhēng)中保持優(yōu)勢(shì)?！安贿^在模擬IC設(shè)計(jì)中，集成化進(jìn)度稍微慢一點(diǎn)，這歸結(jié)于需要使用大量的被動(dòng)器件，譬如電感和電容。”Micrel公司電源產(chǎn)品市場(chǎng)總監(jiān)Ralf Muenster指出，“例如在模擬電源管理中，一種典型的集成方式是將幾個(gè)線性穩(wěn)壓器整合進(jìn)單一的電源管理IC中。由于IC封裝所能消散的最大熱量有限，所以一定程度上限制了集成。由于線性穩(wěn)壓器的效率就是輸出電壓與輸入電壓的比率，這是很大一個(gè)限制?！? 深耕芯片級(jí)之外，半導(dǎo)體廠商嘗試電源模塊領(lǐng)域 “電源設(shè)計(jì)的未來趨向是更輕巧，設(shè)計(jì)師不想再要一些外圍的元器件，只希望用一顆電源管理IC便能大功告成?！笔Y家亮指出，“我們預(yù)計(jì)對(duì)集成化電源管理芯片有大量市場(chǎng)需求的應(yīng)用將包括機(jī)頂盒、DVD、筆記本電腦適配器、ATX、LCD電視顯示器電源、打印機(jī)電源等。DC/DC穩(wěn)壓器會(huì)是安森美一個(gè)集成發(fā)展的方向，以滿足高功率密度、低能耗及高能效的要求?！? 不僅局限于芯片級(jí)，由于高集成電源管理產(chǎn)品本身也是由不同的電源模塊組成，一些沒有體積限制的電子產(chǎn)品的制造商也會(huì)選擇電源模塊以增加設(shè)計(jì)的靈活性。相比于模塊電源廠商，半導(dǎo)體廠商的微型電源模塊往往體積更小。目前許多半導(dǎo)體廠商表示，未來電源模塊與高集成電源管理方案將一同發(fā)展。TI、凌力爾特、IR等半導(dǎo)體公司也都推出了自己的微型模塊化產(chǎn)品。羅振輝也透露，“NSC未來將同時(shí)開發(fā)不同的高集成度電源管理方案及電源模塊，以滿足不同客戶的需求?！? 事實(shí)上，并不只是沒有資源或不具備技術(shù)專長(zhǎng)的公司開始青睞集成程度高的電源管理芯片?！捌鋵?shí)對(duì)我們來說，公司有足夠的開發(fā)資源。但確定合適的DC/DC控制器IC、MOSFET、電感器、電容器、電阻器和二極管等都需要花費(fèi)時(shí)間，而且后期還得再進(jìn)行復(fù)雜的調(diào)試?！蹦畴娮庸倦娫垂こ處煴硎荆翱紤]到快速上市的壓力以及有限的PCB面積，我們還是選擇了凌力爾特這款10A降壓型DC/DC——μModule LTM4600。這款芯片內(nèi)置電感器、MOSFET、DC/DC控制器、補(bǔ)償電路和輸入輸出旁路電容，使我們投入在這方面的設(shè)計(jì)力量大為減少，而且PCB變得非常簡(jiǎn)潔。值得一提的是，它還可以并聯(lián)使用從而把負(fù)載電流能力提高到20A?！蹦壳唉蘉odule系列又新增了5款產(chǎn)品，廣泛應(yīng)用在航空電子、工業(yè)、醫(yī)療、電信、刀片服務(wù)器、測(cè)試/測(cè)量等領(lǐng)域。
現(xiàn)在電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員必須應(yīng)對(duì)極其復(fù)雜和密集的電源要求。比如，中間總線電源設(shè)計(jì)工程師必須針對(duì)更廣泛的負(fù)載、更低的輸出電壓以及多種電源同步進(jìn)行管理，這導(dǎo)致在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)測(cè)試及日常使用的過程中，配置、控制及監(jiān)控這些電源變得更加復(fù)雜，包括控制上電/下電時(shí)序、系統(tǒng)級(jí)控制和診斷。在各種工頻和負(fù)載條件下都能靈活、可靠工作的數(shù)字電源管理芯片可滿足所有這些的需求。
“雖然模擬控制在過去幾年間不斷進(jìn)步，但模擬控制的方法已達(dá)到了極限。數(shù)字電源，尤其時(shí)數(shù)字控制技術(shù)正處在萌芽期，它們可為下一代電源系統(tǒng)提供更高的性能、更高的功率密度和更高靈活性，并縮短系統(tǒng)集成商和電源制造商的開發(fā)時(shí)間?！憋w兆半導(dǎo)體公司亞太區(qū)總裁兼董事總經(jīng)理郭裕亮表示。 相對(duì)模擬控制技術(shù)，數(shù)字控制技術(shù)的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)包括在線可編程能力、更先進(jìn)的控制算法、更好的效率優(yōu)化、更高的操作精準(zhǔn)度和可靠性、優(yōu)秀的系統(tǒng)管理和系統(tǒng)連接功能，以及更高的集成度。由于不存在模擬控制器中常見的誤差、老化、溫度影響、漂移、補(bǔ)償?shù)葐栴}，數(shù)字電源更易于實(shí)現(xiàn)非線性和多環(huán)路控制等高級(jí)控制算法。 實(shí)際上，隨著越來越多的數(shù)字電源產(chǎn)品的面世，數(shù)字電源已經(jīng)進(jìn)入實(shí)質(zhì)性應(yīng)用階段。數(shù)字技術(shù)已在包括UPS、通信基礎(chǔ)設(shè)施、數(shù)據(jù)中心/服務(wù)器等負(fù)載點(diǎn)應(yīng)用中得到采用，這些數(shù)字電源系統(tǒng)被用來支持電信交換機(jī)、服務(wù)器或其它復(fù)雜的計(jì)算系統(tǒng)。但德州儀器(TI)數(shù)字電源業(yè)務(wù)發(fā)展經(jīng)理Steven Bakota認(rèn)為，數(shù)字技術(shù)的價(jià)值也會(huì)根據(jù)不同的電源應(yīng)用而有所差異，例如，簡(jiǎn)單的應(yīng)用通過業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議(如PMBus)實(shí)現(xiàn)控制與配置，復(fù)雜的應(yīng)用借助引擎處理能力，采用結(jié)構(gòu)化的動(dòng)態(tài)工作模式提高電源可靠性及效率。 “預(yù)計(jì)數(shù)字電源會(huì)在未來幾年更加普及，它將幫助應(yīng)用不斷降低系統(tǒng)成本和功耗?！盡icrochip公司應(yīng)用區(qū)域經(jīng)理Lucio Di Jasio表示。他認(rèn)為數(shù)字電源的轉(zhuǎn)換將以一種漸進(jìn)的方式進(jìn)行，在純模擬電源應(yīng)用和全數(shù)字實(shí)現(xiàn)間最起碼有3個(gè)數(shù)字控制“輔助”模擬電源電路的整合層次。Microchip的數(shù)字電源控制器產(chǎn)品可以分為四個(gè)級(jí)別，在推出了開關(guān)控制、比例控制、拓?fù)淇刂飘a(chǎn)品后，該公司才推出了第四級(jí)全數(shù)字控制器，即最多可以支持四路輸出的 16位dsPIC數(shù)字信號(hào)控制器(DSC)系列。 然而，數(shù)字電源技術(shù)的快速發(fā)展并不意味著數(shù)字技術(shù)將很快占據(jù)電源市場(chǎng)的主流。雖然數(shù)字控制方法的優(yōu)點(diǎn)在負(fù)載點(diǎn) (POL) 系統(tǒng)非常明顯，但模擬電源在分辨率、帶寬、與功率元件的電壓兼容性、功耗、開關(guān)頻率和成本(在簡(jiǎn)單應(yīng)用中)等方面占有優(yōu)勢(shì)。
Intersil公司應(yīng)用工程總監(jiān)Greg Miller也認(rèn)為在數(shù)字IC與電源管理IC的接口部分采用數(shù)字電路能提升效率，但是在電源管理IC內(nèi)部，模擬控制能實(shí)現(xiàn)更小的芯片尺寸和功耗。 “數(shù)字電源管理芯片適合較高級(jí)及復(fù)雜的系統(tǒng)采用，但對(duì)負(fù)載較為恒定的系統(tǒng)來說，例如信號(hào)路徑、射頻系統(tǒng)及低功率數(shù)字電路，數(shù)字技術(shù)便無法充分發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)?！泵绹?guó)國(guó)家半導(dǎo)體(NSC)南中國(guó)區(qū)業(yè)務(wù)總經(jīng)理何賢斌表示。他坦言數(shù)字電源管理IC目前頂多只能在效率方面趕上模擬IC，性能與功能上還未能及，而且目前還沒有證據(jù)顯示數(shù)字電源管理芯片在成本方面比模擬解決方案更具競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。 成本顯然是約束數(shù)字電源廣泛應(yīng)用的一個(gè)主要因素，因?yàn)樵谀吵潭壬?，只要能以要求的成本提供所需的功能，最終用戶并不會(huì)關(guān)心是數(shù)字方式還是模擬方式。由于數(shù)字實(shí)現(xiàn)方式的成本看似高于相似的模擬實(shí)現(xiàn)方式，人們對(duì)于數(shù)字電源產(chǎn)品的采用存在顧慮。 其次，通信總線與接口的標(biāo)準(zhǔn)化、可編程平臺(tái)的標(biāo)準(zhǔn)化、以及內(nèi)核與周邊器件協(xié)議管理的標(biāo)準(zhǔn)化是數(shù)字電源管理實(shí)現(xiàn)規(guī)模商用的主要挑戰(zhàn)之一。因此，何賢斌認(rèn)為在PMBus 等接口標(biāo)準(zhǔn)成為公認(rèn)的業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)之后，數(shù)字電源管理解決方案方會(huì)廣受市場(chǎng)歡迎，而模擬和數(shù)字控制技術(shù)未來數(shù)年內(nèi)將共存在市場(chǎng)上。NSC的PowerWise技術(shù)屬于系統(tǒng)級(jí)數(shù)字電源管理技術(shù)，它允許處理器和其它數(shù)字產(chǎn)品供應(yīng)商集成和利用PowerWise EMU器件(如LP5550)的數(shù)字接口和數(shù)字回路控制。 軟件設(shè)計(jì)對(duì)電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員而言是另一個(gè)挑戰(zhàn)。軟件在電源應(yīng)用中有著舉足輕重的地位，電源設(shè)計(jì)工程師必須了解如何設(shè)計(jì)并優(yōu)化軟件模塊，而編程并非模擬工程師的強(qiáng)項(xiàng)。為降低數(shù)字電源的設(shè)計(jì)門檻，很多半導(dǎo)體廠商推出了不需要軟件編程或者支持圖形用戶接口(GUI)的數(shù)字電源解決方案，包括Zilker Labs公司基于其Digital-DC專利技術(shù)的電源管理和轉(zhuǎn)換芯片ZL2005、TI公司的單相UCD9111與雙相UCD9112控制器、Silicon Labs公司的Si8250數(shù)字控制器等。 毫無疑問，隨著數(shù)字控制技術(shù)的發(fā)展，模擬控制較與數(shù)字控制的優(yōu)勢(shì)將慢慢縮小，但從數(shù)字電源到模擬電源的轉(zhuǎn)換過程還需要很多年，因此模擬和數(shù)字控制技術(shù)將在未來數(shù)年內(nèi)共存。 作者：Ellie Zhang |
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