電源與電源管理技術發展趨勢訪談錄

　　全球的節能需求和電子設備必須遵守的強制性能效規范要求，以及便攜裝置小型化多功能趨勢是電源與電源管理技術發展的推動力。提高電源效率、降低待機功耗、高功率密度、高可靠性、高集成度和低成本是電源與電源管理技術的發展趨勢。

　　為了向讀者介紹最新的電源與電源管理技術，本刊采訪了一些公司負責人，他們就電源與電源管理技術的發展趨勢、新產品/新技術及其應用、典型解決方案等發表了獨特見解。下面是訪談錄。

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Sales VP of Zetex Asia   Echo Li

　　過去幾年里，電子應用裝置充斥著我們生活的方方面面。許多是可見的，例如無處不在的移動裝置(如照相機、手機和PDA)，但即使是較成熟的產品領域(如家用電器和汽車)也在悄然發生著變化。此類發展徹底改變了我們的生活方式；而且在可預見的未來里必將繼續加快變革的步伐。實現這一切的基礎在于電子設備已由原來的靜止獨立系統發展為便攜式綜合系統，這些高要求、結構緊湊、功能豐富的產品可滿足我們隨時隨地的各種需求。對功率的要求也隨之增長，使得電源與電源管理的技術趨勢朝著更高的功率效率與功率密度的方向發展。電源系統結構也不得不隨之改變，隨著不斷增加的對控制何時、如何輸送電能的復雜要求，需要近乎無傳輸損耗的傳感技術與反饋電路。同時，通過使用運行時鐘頻率日益增加的微控器使得這些新產品成為可能，這些微控器運行于較低電壓饋送但卻要求較高電流。而從始至終最終用戶的成本期望必須得到滿足。因此總體技術趨勢向電源設計者提出了一個令人生畏的挑戰—如何同時滿足所有這些需求？

　　答案其實很簡單—您需要對動力系統設計做出整體分析，從系統的每一部分出發，權衡每一種優勢，無論是動力系統構造和布局技術，或印刷電路板的類型與設計，直至對部件技術的選擇：半導體、被動元件、變壓器、電感器等。例如隔離式DC/DC轉換器的布局變化。逆向變換器已被使用正向有源鉗位布局技術的高電流變換器所替代，這是因為有源鉗位重新獲取的磁化能量可帶來較高效率。此種方法要求對電源開關元件更為復雜的控制，但最終將帶來更高的效率、增強的功率密度與更低的成本。同時在另一方面，開關MOSFET已替代Schottky二極管，將效率提升90%，這得歸功于槽FET電導和開關損耗的減少，以及控制成本的下降。隨著今后控制成本的進一步下降，這些更加復雜的技術將滲入成本限制更為嚴格的應用中，并很有可能造成強制出臺限制炭排放的新的更嚴格立法。便攜設備(如手機)如今使用銅電源通路層達至10層的多層配電板，不僅提供高密度電通路，而且通路的縝密定向與布局也改進了熱力性能。同時，電池技術將繼續朝著增加功率密度的方向發展，迫使電源電壓與控制技術隨之改變。電力半導體器件將繼續減少它們的特定區域導通電阻，體積和發熱量也將隨之減少，因此可被放置入更小的組件。半導體自身也需要重新設計以降低熱電阻，以便使用更高的功率密度與更大的開關電流。家用電器(如洗衣機)的通用電動機與皮帶傳動裝置將被直接傳動無刷直流電動機取而代之，以達到更有效的控制、更快的轉速、改進的效率、降低的震動/噪音和改進的可靠性。為實現這樣的變化，必須對電源與電源管理進行全面改造：利用新控制與電源部件的更為復雜的布局技術。在汽車領域，被廣泛應用的電子應用裝置將以更快的速度繼續發展，這將體現在汽車的每一方面，所以這些都是出于燃料效率、安全以及控制方面的考慮。隨著減少炭排放的立法的即將出臺，動力系統設計的根本性改變將使新的方法、技術與材料成為必需。

　　Zetex重點開發適應這些潮流的獨特新型半導體元件，包括雙極晶體管、MOSFET、Schottky二極管、電流監控裝置及低消散穩流器。這些元件被運用于多種不同應用裝置中。

　　對于隔離式DC/DC轉換器，Zetex高壓晶體管及MOSFET作為啟動開關發揮作用。具備SOT23外形的200伏P溝道提供有源鉗位功能以重新獲得主側磁化能量。對于低功率共振轉換器，Zetex高增益雙極晶體管提供自振主側開關，從而實現低電磁干擾(ＥＭＩ)下的極嚴密、極具成本效率的解決方案。對于更高電源的正向變換器，高電流雙極晶體管的互補對偶提供電流緩沖，并輸送達至8安培的脈沖至主次側MOSFET柵，傳播延遲僅為幾納秒，并且無需復雜控制以防止擊穿和閉鎖。Zetex LDO和電流監控裝置(如電流輸出ZXCT1009或電壓輸出ZXCT1051)為動態荷載調節時主側和次側反饋提供保護。

　　對于電池便攜應用裝置，ZXCT1010單向電流監控裝置可用于測量充電與放電電流，適用于帶短路保護的簡單準確、又具成本效率的壓力計。新一代低電壓雙極晶體管在小型熱優化表面安裝組件上實現了最低飽和電壓，所產生的功率密度較以前增加了6倍。這些晶體管被用于小功率DC/DC轉換器(如負荷開關)，并可作為傳輸晶體管用于移動電池充電電路，此處由于采用雙極晶體管而無需一系列二極管以阻斷反向電流，因此進一步提高了效能、節省了空間并降低了布局成本。ZHCS和ZLLS類的Schottky整流器將低正向壓降與低方向漏電流相結合，以可接受的成本實現了低功率損耗和高效率。

　　對于直流無刷電動機驅動裝置，Zetex ZXBM系列前極驅動IC與超低飽和電壓晶體管相結合，為各種應用裝置(如PC風扇調節器、汽車座椅鼓風機、家用電冰箱風扇、以及沉沒式柴油機油泵)提供總體解決方案。

　　對于汽車，Zetex晶體管可用作主動巡航控制系統、HID頭燈組的啟動電路以及各種車燈、螺線管和啟動器驅動裝置的激光脈沖驅動器。

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美國國家半導體亞太區電源管理產品市場總監  黃漢基

　　美國國家半導體預期電源管理技術將朝著以下三大方向發展：