節能：有條件的自我救贖

　　便攜產品的挑戰

　　手持消費電子產品現在越來越邁向各種電子設備中為耗電量第一大戶，現在的便攜式產品集成的功能越來越多，產品性能越來越高，彩色LCD屏幕尺寸越來越大，而消費者對產品外形及體積要求更輕更薄，同時還要兼具更長的續航時間。這些日益增長的需求為便攜式移動設備的電源管理系統帶來嚴峻的挑戰：電池能量密度的提高速度遠遠跟不上復雜度不斷提高的便攜式設備的功耗要求。此外，對于手持類消費電子產品，待機功耗是一個重要指標。像手機、平板電腦等產品，大多數時間都處于待機狀態，如何節省待機狀態下的功耗將會影響產品的續航能力。

　　富士通半導體王韻預計電源管理(PMU)自身的待機功耗將在2年內降到現有的1/10- 1/20。在效率方面，富士通在電源管理產品中加入了智能控制，能通過核心器件的控制對電源系統進行動態的管理，使系統的能耗始終處于高效率低功耗的狀態。特別是在手機應用中，隨著智能手機的大屏化和處理器性能提升，智能機已經很難像以前功能機一樣實現超長待機。一般來說應用處理器(AP)中每個核需要電流1A左右。4核手機的話，就需要高達4A的電流支持。這對于手機上的PMU來說，就需要考慮在保證高效率的前提下，如何實現大電流供電和降低芯片面積將會非常關鍵。

　　王韻還強調，未來的便攜設備中的電源產品要往開源節流的方向發展，一方面對系統電源進行快速多樣的補充，比如使用快充的方式給電池充電，或太陽能動能等輔助充電;另一方面想辦法減少系統功耗，比如使用動態智能控制，減少不必要的消耗。這樣一來，對于便攜式設備的應用，怎樣提高系統性能的同時又保證芯片的面積將是電源產品發展的一大難點。　　

        凌力爾特Tony Armstrong詳細分析了這個市場的需求，便攜式電源應用市場廣泛且多樣化。產品包括平均消耗微瓦級功率的無線傳感器節點、配備數百瓦/時電池組且放置在小推車上的醫療或數據采集系統等。不過，盡管種類很多，但還是有幾種共同的趨勢，即設計師不斷需要產品提供更大的功率，以支持越來越多的功能，并需要用任何可用電源給電池充電。第一個趨勢需要增大電池的容量。不幸的是，用戶常常不耐煩等太長時間，因此要提高容量，電池就必須在合理的時間內充完電，這就導致充電電流增大。第二個趨勢需要電池充電解決方案提供非常大的靈活性。

　　考慮一下新式手持設備，面向消費者的設備和工業設備可能包括蜂窩手機調制解調器、Wi-Fi 模塊、藍牙模塊、大型背光照明顯示器……這個組件清單還可以包括很多內容。很多手持式設備的電源架構與蜂窩手機類似。一般情況下，將一個 3.7V 鋰離子電池作為主電源使用，因為這類電池有較高的單位重量 (Wh/kg) 和單位體積 (Wh/ m3) 能量密度。過去，很多大功率設備使用 7.4V 鋰離子電池，以降低電流要求，但是低價 5V 電源管理 IC 面世以后，越來越多的手持式設備轉向了電壓較低的架構。平板電腦很好地說明了這一點，一個典型的平板電腦包括各種重要功能和非常大 (就便攜式設備而言) 的顯示屏。當用 3.7V 電池供電時，容量必須達到數千毫安-時。為了在幾個小時內給這樣的電池充完電，需要數千毫安的充電電流。

　　不過，問題還不僅限于大的充電電流，如果沒有大電流交流適配器可用，那么消費者還想用 USB 端口給大功率設備充電。為了滿足這種需求，當交流適配器可用時，電池充電器必須能以大電流 (>2A) 充電，同時仍然能高效率地利用 USB 端口提供的 2.5W 至 4.5W 功率。此外，產品需要保護敏感下游低壓組件免受可能的損壞及導致過壓事件，并將大電流從 USB 輸入、交流適配器或電池無縫地引導到負載，同時最大限度地降低功耗。這為電池 IC 制造商創造了絕好的機會，使他們有機會開發可安全地管理電池充電算法并監視關鍵系統參數的 IC。

　　安森美半導體鄭兆雄則指出，電源技術仍在不斷地發展之中，不斷地提升能效、提高可靠性及減小尺寸等，那些同時能夠滿足設計人員更多設計目標的產品及技術，就更能受到設計人員的青睞，也更有能力改變電源市場格局。便攜電子設備設計人員須滿足消費者對更多功能、更長電池使用時間、更薄更輕外形的需求。智能手機及平板電腦極重視能效及功率密度，因此須創新型新方案以配合復雜的使用需求。此外，這些產品的出現也推動由傳統計算機鍵盤及鼠標接口模式邁向新的觸摸及語音接口模式。這就為帶手勢識別的先進多點觸摸接口產品及直覺型語音接口帶來了商機。安森美半導體的高能效電源及接口方案、寬廣陣容的保護器件及先進的微封裝方案符合未來便攜設備的需求。

　　ADI張潔萍認為，便攜式移動設備的電源管理系統應致力于以下幾個方面：第一，電源管理系統中最根本的問題：如何提高電源效率。第二，平衡效率與尺寸。提高頻率可以使用較小的電感，這樣可以有效的減少PCB面積。但提高頻率的同時，也會降低系統的效率，所以在工作頻率和PCB面積間需要找到一個合理的平衡點。第三，RF和音頻線路則要求電源管理系統具有更低的噪音和更高的隔離。

　　由于設計人員和技術人員正在將硅性能推向物理極限，所以，進一步提高性能變得更為復雜，并且成本高昂。在某些情況下，以更小能耗實現更高功率密度，同時減小系統尺寸、復雜程度，并降低成本，需要采用新技術或者新材料制造組件。IR公司潘大偉介紹，IR基于GaN(氮化鎵)的功率器件技術平臺就是一個很好的例子，將引領電源設計走向新的高能效時代。與先進的硅基技術平臺相比，基于GaN的功率器件技術平臺——GaNpowIR，將能使關鍵應用的優值系數(FOM)提高10倍。IR將能提供的一些重大優勢包括，通過專為大批量生產而設計的流程將能確保業界領先的質量、供貨保證和成本結構。

　　迎接挑戰

　　電源技術仍在不斷地發展之中，不斷地提升能效、提高可靠性及減小尺寸等，那些同時能夠滿足設計人員更多設計目標的產品及技術，就更能受到設計人員的青睞，也更有能力改變電源市場格局。

　　鄭兆雄認為，要提升電源工作效率，一個重要手段是降低PFC段的功率損耗，故采用高能效的PFC控制技術至關重要。而在一些對外形因數有嚴格要求的應用中，如纖薄型液晶電視或筆記本適配器等，更對PFC控制器及外部元器件高度有著嚴格要求。在這些應用中，可以采用交錯式PFC技術來幫助滿足設計要求。所謂交錯式PFC，是在原本單個較大功率PFC段的地方并行放置2個功率為其一半的較小功率PFC段來替代。這兩個功率較小的PFC段以180°的相移交替工作，總輸入電流(IL(tot))和輸出電流(ID(tot))紋波都將大幅降低。交錯式PFC更易于設計、便于采取模塊化途徑、散熱更好，且支持使用尺寸更小的外部元器件，從而利于纖薄設計。安森美半導體不僅推出采用2顆NCP1601控制器的分立式交錯PFC方案，更推出了單芯片2相交錯式PFC控制器NCP1631，替代2顆NCP1601，驅動2個PFC支路，提供接近1的高功率因數。NCP1631可以實現同樣的低高度設計，適合任何需要PFC的脫機式應用，尤其是纖薄平板電視。