工业应用日趋复杂,高集成电源模块成新宠

上网时间: 2015年11月11日? 作者:邵乐峰? 我来评论 【字号: ? ?小】

关键字:电源模块? 工业应用? 电源管理?

电源管理芯片是技术比较成熟的产品,国内外厂家之间的竞争也非常激烈,采取哪些举措来确保行业领先的地位,一直是各家大厂不断思考的课题。

Intersil公司战略及基础设施电源产品高级副总裁Mark Downing在电源管理行业有着数十年的工作经验,在接受本刊采访时他指出,随着系统需求发生变化,电源管理技术需要及时改进,使之成为最活跃的创新领域之一。因此,虽然电源管理技术早已存在,但当前的解决方案已显著有别于其最早形态。不断变化的化学电池、对环保技术的更加重视、对移动性和更小外形的渴望都在使传统电源管理解决方案发生改变。现今的系统要求极高的效率水平和更小的尺寸,这要求更高的集成度以及电路设计、封装和工艺技术专业知识,许多情况下还要求全面采用数字电源。

工业应用日趋复杂,高集成电源模块成新宠_《国际电子商情》Intersil公司战略及基础设施电源产品高级副总裁Mark Downing_1
Intersil公司战略及基础设施电源产品高级副总裁Mark Downing

例如在移动设备市场,客户面临激烈竞争,业务变化非常迅速,由于需要在不断为其产品添加新特性和功能,同时还要延长电池续航时间,所以他们对电源具有苛刻的要求。随着终端变得更小、更薄、以及电路板面积缩小,将这些功能集成在单个芯片上的需求显著上升,而这正是Intersil带给客户的重大优势之一。

而在工业和基础设施市场,为支持先进的网络处理器、内存、FPGA和ASIC,电压轨的数量正在不断增加,使得电源设计日益复杂,这需要更多DC/DC转换器来管理电源负载。随着电源需求变得更加复杂,电源管理同样变得更加复杂。在这个原因下,为了节省设计时间,电源模块重新流行起来。利用先进IC及封装来提供高效和一揽子电源解决方案的高度集成电源模块,将使系统设计工程师无需成为专家也能采用最佳电源技术。

工业开关电源的集成趋势

图1展示了工业开关电源的集成趋势:绿色区域代表现有完全集成式同步降压稳压器的技术,即所有的调制器、驱动器、功率MOSFET都集成在一个IC中;蓝色区域则代表功率MOSFET和调制器分立的产品方案。Intersil公司工业电源市场与应用总监Lokesh Duraiappah说十年前,绿色区域面积要比蓝色区域小得多,但随着LDMOS技术的发展,越来越多集成的解决方案被开发出来。不过,追求高输入电压和低电流的情况例外,只能选择控制器+外部功率MOSFET的解决方案来实现。

工业应用日趋复杂,高集成电源模块成新宠_《国际电子商情》图1:工业开关电源的集成趋势_2
图1:工业开关电源的集成趋势

Lokesh Duraiappah认为,数字控制器最重要的是PMBus遥测功能,通过该功能可监测每一个负载的温度、过电、过压功能,因此主要应用于对功率顺序和电压余量有较高要求的场合。例如,现在计算、通信、服务器等应用都在使用FPGA,它有多个电压轨,功率顺序非常重要,这时数字控制器的灵活性要优于模拟控制器。但对工业应用而言,它们往往不需特别高的功率,电路也不是特别复杂,对于PMBus遥测功能没有非常严格的要求,反而是对占板空间、效率、解决负载点问题的需求很强烈,因此模拟控制器更为适合。

但他也同时指出,现在市场上对于消除中间级总线,直接把高压(比如40V、36V、42V)转化为低压(包括3.3V、5V或者1V)的呼声越来越高。此外,随着FPGA、MCU、ASIC复杂性的日益上升,电压轨数目增多,以及备用电池的使用增多等,也都正在成为工业通用型电源发展的新趋势。

工程师在进行工业电源设计时,该如何选择控制器?他该最先关注哪些功能或参数?Lokesh Duraiappah对此回应称,很多参数都是值得考虑的,比如输入电压范围、输出电压范围等。从控制器角度来讲,一个重要的因素是可以支持的最小接通时间,因为只有在最小接通时间非常低的情况下,才有可能实现大幅度调整;其次可以关注栅极驱动,即它能驱动的功率MOSFET的最大是多少;第三则要看易用性,在默认设置上看搜索频率、软启动还有引脚数量是否满意;第四大要素是开关频率,在拥有很高的开关频率的情况下,对电流波、效率、电感尺寸的选择余地就非常大。当然,参考设计的使用也非常关键,毕竟谁都不愿意从头再去对一个芯片做研究和探索。

但不论技术如何改进,对于电源产品来讲,效率还是重中之重。Lokesh Duraiappah表示,通过改善产品架构降低静态电流将是未来的方向之一。针对FET技术和集成式控制器,会进一步投资技术来降低RDS,并不断提升控制器的制造工艺,从而达到降低占板空间、提升效率的目的。

本文来自《国际电子商情》10月刊杂志,版权所有,谢绝转载

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