通常來說電源轉(zhuǎn)換 IC 而言，一個(gè)日益增強(qiáng)的趨勢是，提供多輸出器件，例如 6 到 8 個(gè)通道，而且所有通道都是同步降壓型轉(zhuǎn)換器，以在很寬的電流范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)高效率轉(zhuǎn)換，同時(shí)以高于 2MHz 的開關(guān)頻率工作，以保持盡可能小的外部組件尺寸和解決方案占板面積。下面是小編總結(jié)的一些電源方面的問題。
1. 面對越來越嚴(yán)格的能效等級，電源半導(dǎo)體產(chǎn)品的主體發(fā)展趨勢和市場需求是什么?
As the requirements imposed on energy efficiency ratings become increasingly stricter, what are the general development trends and market demands for power semiconductor products?
答 1：今天電源產(chǎn)品制造商面臨的兩大挑戰(zhàn)也許是：在產(chǎn)品壽命期內(nèi)降低系統(tǒng)的總體擁有成本;就功耗而言使系統(tǒng)更經(jīng)濟(jì)，即提高工作效率以使系統(tǒng)更“綠色”。盡管電源管理對新式電子系統(tǒng)的可靠工作至關(guān)重要，但是在今天的系統(tǒng)中，穩(wěn)壓器也許是仍然存在的最后“盲點(diǎn)”之一，人們沒有辦法直接配置或監(jiān)視關(guān)鍵電源系統(tǒng)工作參數(shù)。因此，電源設(shè)計(jì)師一直被迫使用一大堆混在在一起的排序器、微控制器和電壓監(jiān)察器，以設(shè)定基本穩(wěn)壓器的啟動(dòng)和安全功能。數(shù)字可編程 DC/DC 轉(zhuǎn)換器已經(jīng)上市很多年了，特別是具備 VID 輸出電壓控制的 VRM 內(nèi)核電源。不過，直接從穩(wěn)壓器監(jiān)視工作狀態(tài)信息的能力一直缺失，尤其是直接監(jiān)視實(shí)時(shí)電流的能力。
使用標(biāo)準(zhǔn)串行數(shù)字總線 (例如 I2C) 可與數(shù)字 DC/DC 轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)簡單和高效率的通信，PMBus 等新出現(xiàn)的標(biāo)準(zhǔn)方便了組件互操作性的實(shí)現(xiàn)。重要的穩(wěn)壓器參數(shù) (包括啟動(dòng)特性和定時(shí)、輸出電壓和電流限制、裕度調(diào)節(jié)規(guī)格、以及過壓和欠壓監(jiān)控限制) 都能以數(shù)字方式直接設(shè)定，而不用電阻器和耗費(fèi)空間的排序及監(jiān)視產(chǎn)品來設(shè)定。此外，諸如溫度以及輸入和輸出電壓及電流等關(guān)鍵工作參數(shù)可以得到常規(guī)監(jiān)視，并用來優(yōu)化系統(tǒng)性能和可靠性。
2. 從目前的技術(shù)發(fā)展來看，如何提升系統(tǒng)級電源產(chǎn)品的整體工作效率? 如何通過核心器件實(shí)現(xiàn)電源系統(tǒng)的高效率工作提升電源效率最大的難點(diǎn)在哪里?
On the basis of present technology development, in which ways can the overall efficiency of system power products be improved? How can the high efficiency of power system be achieved via core devices? What is the biggest obstacle to improving power efficiency?
答 2：系統(tǒng)設(shè)計(jì)師需要克服的一個(gè)重大障礙是，器件處于低功率或備用模式時(shí)的功耗，因?yàn)檫@時(shí)仍然從電池或電源插座吸取電流。因此，自上世紀(jì) 90 年代早期開始，凌力爾特一直生產(chǎn)同時(shí)具備高效率轉(zhuǎn)換和低靜態(tài)電流的電源管理 IC。通過采用新的設(shè)計(jì)方法，以在電源管理和轉(zhuǎn)換 IC 中，在負(fù)載電流很大時(shí)實(shí)現(xiàn)高效率轉(zhuǎn)換，我們可以應(yīng)對這一挑戰(zhàn)。同時(shí)，當(dāng)這些 IC 置于備用或停機(jī)模式時(shí)，很多新的電源轉(zhuǎn)換產(chǎn)品也具備了較低的靜態(tài)電流，以便設(shè)計(jì)師能非常容易地發(fā)現(xiàn)合適的產(chǎn)品，以使其最終系統(tǒng)能更加環(huán)保。
凌力爾特在很多電源管理 IC 中采用了已獲專利的突發(fā)模式 (Burst Mode) 技術(shù)。這種技術(shù)最大限度地減小了 IC 本身在備用模式時(shí)所需的電流。在很多情況下，這種備用靜態(tài)電流低至 2.5uA。
3. 面對要求不斷嚴(yán)格的能效等級，如何看待目前的數(shù)字電源管理和傳統(tǒng)的模擬電源管理技術(shù)的市場前景和各自的優(yōu)勢?
How should we interpret the market prospects and respective advantages of current digital power management technologies and traditional analog power management technologies as the requirements imposed on energy efficiency ratings become increasingly stricter?
答 3：如果數(shù)字電源設(shè)計(jì)正確，就可以降低數(shù)據(jù)中心能耗、加快產(chǎn)品上市、具備卓越的穩(wěn)定性和瞬態(tài)響應(yīng)、并在諸如網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中提高系統(tǒng)總體可靠性。
網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的系統(tǒng)設(shè)計(jì)師需要提高系統(tǒng)的數(shù)據(jù)吞吐量和性能，并增加功能。同時(shí)，還有一種壓力，就是降低系統(tǒng)總體功耗。數(shù)據(jù)中心面臨的挑戰(zhàn)是，通過重新安排工作流程，并將作業(yè)轉(zhuǎn)移到未得到充分利用的服務(wù)器上以使其他服務(wù)器能停機(jī)，來降低總體功耗。為了滿足這些要求，有必要知道最終用戶設(shè)備的功耗。恰當(dāng)設(shè)計(jì)的數(shù)字電源管理系統(tǒng)可向用戶提供功耗數(shù)據(jù)，允許做出智能能源管理決策。
此外，數(shù)字電源系統(tǒng)管理的一個(gè)主要好處是，設(shè)計(jì)成本降低，且產(chǎn)品能更快上市。采用一種具直觀圖形用戶界面 (GUI) 的綜合開發(fā)環(huán)境可高效地開發(fā)復(fù)雜的多電源軌系統(tǒng)。另外，此類系統(tǒng)還可通過該 GUI 實(shí)現(xiàn)變更 (取代了“白線”安裝焊接法)，從而簡化了線路內(nèi)測試 (ICT) 和電路板調(diào)試。另一個(gè)好處是，由于有實(shí)時(shí)遙測數(shù)據(jù)可用，所以有可能預(yù)測電源系統(tǒng)故障，并采取預(yù)防措施。也許最重要的是，具備數(shù)字管理功能的 DC/DC 轉(zhuǎn)換器使設(shè)計(jì)師能開發(fā)“綠色”電源系統(tǒng)，在負(fù)載點(diǎn)、電路板、支架甚至安裝階段，以最低限度的能源使用量，達(dá)到目標(biāo)性能 (計(jì)算速度、數(shù)據(jù)傳輸速率等)，從而在產(chǎn)品的壽命期內(nèi)，降低基礎(chǔ)設(shè)施成本和總體擁有成本。
凌力爾特的 LTC3880 是一款雙輸出同步降壓型 DC/DC 電流模式控制器，具備集成的電源 FET 柵極驅(qū)動(dòng)器以及可通過基于 I2C 的 PMBus 使用的全面電源管理功能。該產(chǎn)品的高精度基準(zhǔn)和溫度補(bǔ)償型模擬電流模式控制環(huán)路可提供 ±0.5% 的 DC 準(zhǔn)確度、簡易型補(bǔ)償 (可獨(dú)立于操作條件進(jìn)行校準(zhǔn))、逐周期電流限制、快速和準(zhǔn)確的均流、以及針對電壓和負(fù)載瞬變的卓越響應(yīng)性能，并且沒有采用“數(shù)字”控制之產(chǎn)品所常見的任何 ADC 量化關(guān)聯(lián)誤差。LTC3880 采用 16 位數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，提供輸入和輸出電壓及電流、占空比以及溫度的數(shù)字回讀。該器件還具備故障記錄功能，該功能通過一個(gè)中斷標(biāo)記和一個(gè)存儲了故障前瞬間轉(zhuǎn)換器工作狀態(tài)的“黑匣子”記錄器來實(shí)現(xiàn)。通過凌力爾特的 LTpowerPlay? 開發(fā)軟件和 GUI 接口，多軌系統(tǒng)的開發(fā)就更加方便了。
4 電源產(chǎn)品是個(gè)技術(shù)發(fā)展相對平穩(wěn)和緩慢的行業(yè)，您認(rèn)為最近有哪些創(chuàng)新性的技術(shù)可以給未來電源市場帶來重要的變化，或者說，哪些技術(shù)將改變電源應(yīng)用的格局?
Power product is an industry of relatively steady and slow technology development, from your point of view, which recent innovative technologies can bring critical changes to the future power market? In other words, which technologies will transform the layout of power applications?
答 4：目前在電源管理領(lǐng)域有很多熱點(diǎn)技術(shù)，而新技術(shù)的一個(gè)典型例子是來自可替代能源領(lǐng)域。顯然，任何專注于應(yīng)對這一領(lǐng)域的電源管理產(chǎn)品都將有極大的增長潛力。
因此，凌力爾特最近推出了能量收集產(chǎn)品系列，以專門服務(wù)于這個(gè)新市場。這些產(chǎn)品方便了環(huán)境能源非常少量的收集和管理，使該能源能用來執(zhí)行各種功能，例如監(jiān)視大樓中的 HVAC 系統(tǒng)，從而使能源利用效率更高?？蛻舻姆e極響應(yīng)令我們吃驚，他們已經(jīng)開發(fā)了很多新的產(chǎn)品理念，如果沒有我們的產(chǎn)品，這些理念是不可能出現(xiàn)的。因此我們認(rèn)為，我們的產(chǎn)品未來在這一不斷演變的市場上有著極大的潛力。因此，我們將繼續(xù)開發(fā)和推出專門針對這一市場的產(chǎn)品。
在我們周圍存在著許許多多的環(huán)境能量，能量收集的傳統(tǒng)方法一直是借助太陽能電池板和風(fēng)力發(fā)電機(jī)。不過，新的收集手段允許我們利用各種各樣的環(huán)境能量源來產(chǎn)生電能。此外，重要之處并非電路的能量轉(zhuǎn)換效率，而是更多地在于可為其供電的“平均收集”能量值。例如：熱電發(fā)生器可將熱量轉(zhuǎn)換為電力、壓電元件可轉(zhuǎn)換機(jī)械振動(dòng)、光伏元件用于轉(zhuǎn)換陽光 (或任何光子源)、而流電元件則可從濕氣實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換。這使得能夠給遠(yuǎn)程傳感器供電或?qū)﹄娔艽鎯ζ骷?(例如：電容器或薄膜電池) 進(jìn)行充電，從而可為微處理器或發(fā)送器實(shí)施遠(yuǎn)程供電，而無需使用本地電源。這反過來又為將凌力爾特的能量收集產(chǎn)品用作潛在的解決方案帶來了機(jī)會(huì)。
可替代能源帶來了很多機(jī)會(huì)，其中一個(gè)非常典型的例子是太陽能供電的電子設(shè)備市場。隨著各公司不斷尋求降低能耗的方式，該市場也在持續(xù)增長。例如，我們來看一下智能電表。這類電表用在智能電網(wǎng)上，希望由環(huán)境能源供電，以降低工作所需的能源成本。一個(gè)可行和充足的能源是太陽能。不過，因?yàn)樘柲苁且鬃兒筒豢煽康模瑤缀跛刑柲芄╇姷脑O(shè)備都具備可再充電電池。因此，一個(gè)重要的目標(biāo)是，抽取盡可能多的太陽能以給這些電池快速充電，并保持它們的充電狀態(tài)，以在沒有太陽可用時(shí)將電池用作能源。
5 不斷提升的能效等級，特別是白金甚至鈦金牌電源的出現(xiàn)，對電源設(shè)計(jì)提出哪些更多的要求，除了半導(dǎo)體核心器件在性能上需要進(jìn)行改進(jìn)之外，在電源設(shè)計(jì)中還有哪些地方可以幫助設(shè)計(jì)者設(shè)計(jì)更高效的電源?
What kind of additional requirements have the increasingly enhanced energy efficiency ratings, especially the emergence of platinum-level and titanium-level power efficiency, imposed upon power design? In addition to performance improvement needed for core semiconductor devices, what other efforts should be made in power design to help designers develop more efficient power?
答 5：有很多已有和新出現(xiàn)的標(biāo)準(zhǔn)在促進(jìn)電源性能方面的創(chuàng)新。一個(gè)明顯的例子是能源之星 (EnergyStar)，該標(biāo)準(zhǔn)針對家中或辦公室內(nèi)始終插入電源的設(shè)備。為了達(dá)到這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的要求，電源連接到 AC 電源插座時(shí)，必須僅抽取不到 500mW 的功率。另一個(gè)例子是歐洲政府出臺針對新建筑物的法規(guī)，強(qiáng)制要求實(shí)現(xiàn)更低功耗。這些法規(guī)要求，與以前建造的舊建筑物相比，新建筑物的總體功耗必須低 30%。這就給電源制造商帶來了很多挑戰(zhàn)，要求他們尋找新和創(chuàng)造性的方式以降低產(chǎn)品在正常工作模式和備用模式時(shí)的功耗。
6 對于電源整體設(shè)計(jì)來說，貴公司是否有相應(yīng)的完整解決方案幫助設(shè)計(jì)者快速設(shè)計(jì)符合要求的電源產(chǎn)品，在滿足白金甚至鈦金級電源效率的要求方面，貴公司有哪些新技術(shù)和新產(chǎn)品提供給開發(fā)者?
For overall power design, does your company have the corresponding comprehensive solutions to help designers quickly design power products meeting their requirements? To reach platinum-level and titanium-level power efficiency, which new technologies and products do you provide for developers?
答 6：見答 4。
7 現(xiàn)在越來越多的便攜設(shè)備在加大對性能需求的同時(shí)，對電源功耗提出了更高的要求，如智能手機(jī)、平板電腦等，針對這方面的需求，您認(rèn)為未來便攜電源產(chǎn)品設(shè)計(jì)的主要發(fā)展需求和發(fā)展難點(diǎn)在哪里?
Today, more and more portable devices such as smart phones and tablets have higher requirements for power consumption while increasing requirements for performance. In this regard, what are the main development demands and difficulties for the future portable power product design?
答 7：就便攜式產(chǎn)品的設(shè)計(jì)而言，存在很多系統(tǒng)設(shè)計(jì)師必須克服的關(guān)鍵問題。然而，最重要的問題之一，是怎樣讓熱量從設(shè)備中散發(fā)出來，因?yàn)檫@類設(shè)備沒有風(fēng)扇用來實(shí)現(xiàn)冷卻。因此，這類產(chǎn)品內(nèi)部使用的電源轉(zhuǎn)換 IC 必須是熱效率非常高的，因?yàn)殡娫崔D(zhuǎn)換效率欠佳會(huì)產(chǎn)生熱量。這種熱量是在能量傳遞過程中于穩(wěn)壓器中損失的功率產(chǎn)生的。此外，在很多便攜式設(shè)備內(nèi)部，用于實(shí)現(xiàn)冷卻的空氣流動(dòng)有限，散熱器也受到限制，因?yàn)檫@類產(chǎn)品本身的尺寸和可用空間有限。這導(dǎo)致在小型、緊湊的外形中，裝入的是密集排列的印刷電路板。因此，將熱量排出產(chǎn)品的途徑有限。這種熱量就等于工作環(huán)境溫度的上升，這又可能對產(chǎn)品的可靠性產(chǎn)生不利影響。
DC/DC 轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換效率可以按照輸出功率除以輸入功率計(jì)算，或者換一種方式，按照負(fù)載功率除以輸入功率計(jì)算。在電源轉(zhuǎn)換過程中產(chǎn)生熱量所導(dǎo)致的結(jié)果是，系統(tǒng)設(shè)計(jì)師必須仔細(xì)考慮應(yīng)該使用什么類型的穩(wěn)壓器。因此，在很多制造商中出現(xiàn)的一種常見的趨勢是，采用開關(guān)穩(wěn)壓器而不是更簡單的線性低壓差穩(wěn)壓器，因?yàn)殚_關(guān)穩(wěn)壓器可以更高的效率工作。
在幾乎任何類型的電池供電便攜式設(shè)備中都需要多個(gè)電壓軌，這種情況非常常見。這些軌包括多個(gè)微處理器軌和大量特別功能電壓軌。因此，對提供必要功率的電池需求已經(jīng)極大地增加了。不過，電池的外形尺寸一直保持相對較小，而且功率密度僅實(shí)現(xiàn)了適度增加。結(jié)果，在幾乎任何手持便攜式設(shè)備中，電池運(yùn)行時(shí)間和良好的熱量管理都成為了非常重要的賣點(diǎn)。這導(dǎo)致需要非常緊湊和高效率的多輸出同步降壓型轉(zhuǎn)換器。
同步降壓型轉(zhuǎn)換器與傳統(tǒng)線性穩(wěn)壓器相比，已經(jīng)在電池運(yùn)行時(shí)間上有了極大改進(jìn)。此外，這類轉(zhuǎn)換器提供 96% 左右的效率，幾乎無需任何散熱器。
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