電源的六大酷領域及動向

MR加強了無線充電認知度

　　無線充電將是許多便攜式設備的一個標準功能。如可穿戴設備出于多種原因將采用無線充電作為專用的充電方式。以助聽器和醫療及臨床可穿戴設備為例，將受益于這技術，實現為電池充電的同時提供防潮密封的產品用于該領域。這還將省去許多機械門或連接器，并降低相關的操作和維修成本。消費電子和計算機產品如智能手機、平板電腦、消費可穿戴、筆記本電腦和混合電腦(hybrid PC)也將是無線充電技術的主要目標應用，并將具有領先的市場銷量。

　　磁感應(MI)技術已加強了無線充電認知度并開啟了將這特性用于便攜式產品的大門，磁共振(MR)技術將最終提供必要的用戶體驗使無線充電成功用于我們的生活。MR是將來實現無線充電的一種技術，具有許多優勢，從用戶體驗角度將更具吸引力。無需對準設備使無線充電成為可能，用戶可在相同空間為具有不同功率要求的多個設備充電，該技術可透過表面而無需接收器和發射器之間的直接接觸，可在有各種金屬處充電，并且可以高功率充電而不損壞便攜式設備。AirFuel是提供隨時可用的MR技術的唯一標準。AirFuel正著手遠場無線充電，這可在更大的范圍為設備供電。

15W中功率定位平板電腦

　　最近，多家企業展示或發布了無線充電的15W方案。

　　ROHM在3月上海的慕尼黑電子展上展示了取得WPC中功率Qi認證的15W以下的方案，可滿足10W級應用中的無線供電。這樣，ROHM從5W左右的小功率擴展到中功率市場。

　　ROHM支持Qi和PMA兩種標準，這次展示的主要是基于Qi的產品。目前Qi中功率(15W)時效率可達約83%，小功率(5W，1A)的效率相對低一些，約75%，原因是小功率的元器件損耗稍大。

　　此次展示了無線供電控制IC“BD57015GWL”(接收端/終端)和“BD57020MWV”(發射端/充電端)。特點是：1.接收端/終端產品BD57015GWL搭載輸出用LDO，可輕松改變輸出電壓，因此，無需改變供電電流即可提高輸出功率。2. 搭載ROHM的位置偏差檢測功能，充電效率更高。具體地，當給終端充電時，如不將終端放在充電裝置的中心，充電效率就會顯著下降。位置偏差檢測功能可對終端的位置偏差發出提醒，有助于提高充電效率。

　　ROHM的優勢是品質，有多年的功率技術積累，而且生產采用一條龍工藝，使整個環節都有質量保證。

能量收集

能量轉換芯片需要低功耗和高轉換效率的雙項指標

　　能量無處不在，能量采集和儲存技術其實也并不是很新。但隨著物聯網的飛速發展，越來越多的應用會用到能量采集技術、能源管理系統和可充電電池，以便能夠在整個產品生命周期中持續使用。很多公司都在投入去開發能量收集芯片，產生了很多創新技術;在這個領域中遇到的問題是想要將收集到的能量真正派上用場，既需要解決芯片自身低功耗的問題，還要考慮如何大幅提高轉換效率，這對能量采集芯片設計提出了新的挑戰。

　　必須積少成多地把它們收集并管理起來，這也涉及到能量存儲及減小漏電流的問題，需要有能連續存儲并極低漏電流的存儲器件，只有漏電流遠遠小于收集的能量，這些采集來的能量才有可能會被用到;一旦這些采集到的能量集中管理起來后，可以被用來驅動一些短暫或脈沖型的負載;對于那些連續工作的負載就牽扯到另一個問題，低功耗和超低功耗器件，只有這些超低功耗的器件的工作損耗與采集的能量及這些能量的管理達到平衡，微能量采集才能真正被廣泛應用。

　　針對能量采集芯片的挑戰，ADI目前推出了一系列基于太陽能的能量采集芯片--ADP5090/5091/5092。這是一種非常好的解決方案。它具有極低的功耗(<300nA)并在很低的電壓(380mV)下即可啟動工作;它可以管理采集到的微能量并給電池(鋰電池、薄膜電池、超級電容等)和電容充電，使之達到負載所需的工作電壓;可以支持突發性的射頻輸出或MCU，并支持第二塊后備電池;對于如何提高太陽能的轉換效率，該芯片特別設計了MPPT控制功能來保證太陽能電池板能一直工作在最大功率點上，只需要手表盤大小的太陽能電池板即可工作。該芯片可以廣泛應用于可見光照射下的任何便攜式設備、無供電電源的傳感器、無線發射模塊、可穿戴設備等多種應用中。

數據中心電源

數據中心的電源系統將由12V轉到48V

　　近日，google在會上宣布加入由 Facebook 發起的OCP計劃，并將自己在數據中心設計的研究結果捐獻出來，所捐出的48V電源的機架設計包含48V伺服器至負載點設計、機架層48V鋰離子不斷電系統等。數據中心的耗電量占全球耗電量的1.5%左右，而且還在攀升。對數據中心的供電優化，降低PUE將有助于減少炭排放，減緩全球溫度升高。google數據中心PUE的提升歷程，目前已經可以做到1.1以內，而同期國內的PUE平均在2.2左右，有巨大差異。

　　48V電源分配系統在CT設備中已經廣泛使用了幾十年，而在IT設備中一直采用的是12V。更高的電壓意味著更低的電流，更低的線路損耗。對于上千安培的母線電流來說，細微的阻抗也會導致很大的功率損耗。隨著數據中心數據吞吐量和運算量的不斷提升，機架的功率持續上升。最近VR(虛擬現實技術)紅遍全球，虛擬現實技術會帶來海量的圖形計算，將會有更多的大功率GPU使用在機房中，帶來海量的數據傳輸，導致ICT設備的單機功耗增加，勢必會進一步推高數據中心對電能的需求。根據google公布的數據，采用了48 V電源分配器的新機架設計，相比傳統的12V方案，電力的損耗降低了 30%。數據中心的電源系統將由12V轉到48V。

　　Vicor的48V直接到低壓大電流負載點的方案已經在google的數據中心大量使用，為其30%的效率提升作出了杰出貢獻。

　　Vicor的48V架構稱為FPA，包括前端采用深降壓拓撲結構的預穩壓模塊(PRM)和后端采用正弦幅值變換器(SAC)的電壓變壓模塊(VTM)兩部分構成。PRM輸出一個母線電壓，40V左右，VTM為理想直流變壓器，以固定變壓因子輸出一個低壓大電流的功率(61mmX23mm的面積里面可以輸出高達180A的電流)。比如，輸入端為48V，要求1.8V 100A輸出，那么可以采用24:1的VTM，此時PRM的輸出電壓將為1.8*24=43.2V。采用不同變壓因子的VTM，調整PRM的輸出，可以非常高效地實現48V到POL的供電。在服務器或者交換路由器中， CPU、memory、ACIS、FPGA這類低電壓大電流芯片為耗電大戶。高效地解決這些負載點是實現系統整體性能的關鍵。

小尺寸，高效率，高功率密度的電源成為大數據時代的基本需求

　　隨著“云計算”概念的提出及推廣，如今已經鋪天蓋地地滲入到社會的各個領域。幾乎所有行業都在以此打造更龐大、更完善的運作體系。這些體系正常運作的基礎，來源于大量的數據采集、數據傳輸、數據存儲以及數據交換。確保所有數通設備的正常工作，確保突發條件下的穩態輸出，確保故障情況下的后備供電，這些都對電源產品提出了更高的要求。小尺寸，高效率，高功率密度——這是大數據設備對電源產品的一個基本要求。由于系統高度集成，因此對電源產品的要求極高。而且，出于環?？紤]，綠色能源的標準也移植到新的設備規格里。

　　SynQor公司通過中間總線架構技術及專利很好地解決了這些困難。BQ55系列(輸入電壓：35～55Vdc)和BQ57系列(輸入電壓：40～65Vdc)產品，滿足輸出電壓匝數比4:1(12Vdc)& 5:1(9Vdc)的穩定輸出。同時，在標準工業封裝的前提下，八分之一磚尺寸標準模塊可帶載500-600W，四分之一磚尺寸標準模塊可帶載600-800W。另外，四分之一磚1000W，效率高達97%的產品也即將推向市場。這些產品對廣大客戶的數通設備的設計研發將帶來很大的便利。

參考文獻：

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　　[3]王瑩.USB-C升降壓電池充電器芯片探討.電子產品世界,2016(2-3):82-83

　　[4]王瑩,葉雷.面向智能化和物聯網的電源解決方案.電子產品世界,2015(4):9-15

　　[5]王瑩.SiC功率器件的技術市場走勢.電子產品世界,2015(2-3):21-23

本文來源于中國科技期刊《電子產品世界》2016年第3期第6頁，歡迎您寫論文時引用，并注明出處。