Linear 解讀電源管理趨勢(shì)

電源作為電子產(chǎn)品的心臟，其性能直接關(guān)系到產(chǎn)品的壽命和品質(zhì)。近年來，數(shù)字電源系統(tǒng)管理的優(yōu)勢(shì)在通信、計(jì)算機(jī)等領(lǐng)域凸顯出來；無線充電技術(shù)不僅在消費(fèi)電子領(lǐng)域備受期待，在工業(yè)、醫(yī)療、軍事方面也大有潛力；汽車中的電子產(chǎn)品數(shù)量持續(xù)增加，給電源管理提出了更高的要求。。。近日，關(guān)于電源管理市場(chǎng)現(xiàn)狀以及未來發(fā)展， 21ic記者采訪了 Linear產(chǎn)品市場(chǎng)總監(jiān) Tony Armstrong，他為我們對(duì)一些行業(yè)發(fā)展問題作出了精彩的解答，以下是采訪實(shí)錄：

數(shù)字電源系統(tǒng)管理有望使下一代環(huán)保電子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)更高性能和更低能耗

貴公司對(duì)2015年上半年的電源管理市場(chǎng)怎么看? 對(duì)下半年的情況又有何預(yù)期?

答：2015 年上半年我們已經(jīng)看到的一個(gè)主要趨勢(shì)是，通信和計(jì)算機(jī)行業(yè)繼續(xù)采用數(shù)字電源系統(tǒng)管理 (PSM) 技術(shù)。而且，如果數(shù)字電源得到正確使用，就可以降低設(shè)備功耗、縮短產(chǎn)品上市時(shí)間、提供卓越的穩(wěn)定性和瞬態(tài)響應(yīng)并提高系統(tǒng)總體可靠性。

通信和計(jì)算設(shè)備的系統(tǒng)設(shè)計(jì)師正被迫提高其系統(tǒng)的數(shù)據(jù)吞吐量和性能，也在被迫增加功能和特性。與此同時(shí)，他們也面臨著降低系統(tǒng)總體功耗的壓力。例如，一個(gè)典型的挑戰(zhàn)便是通過重新安排工作流程，將作業(yè)轉(zhuǎn)移到未充分利用的服務(wù)器上，從而允許其他服務(wù)器關(guān)機(jī)，以此降低總體功耗。為了滿足這些需求，知道最終用戶設(shè)備的功耗是至關(guān)重要的。一個(gè)設(shè)計(jì)得當(dāng)?shù)臄?shù)字電源管理系統(tǒng)能為用戶提供功耗數(shù)據(jù)，從而允許智能地做出能量管理決策。

凌力爾特開發(fā)了一個(gè)不斷成長(zhǎng)的 PSM 產(chǎn)品線，其包括具集成型功率 FET 柵極驅(qū)動(dòng)器和豐富齊全之電源管理功能 (通過基于 I2C 的 PMBus 來使用) 的同步降壓型 DC/DC 控制器。這些功能包括高精度基準(zhǔn)和可提供 ±0.5% DC 準(zhǔn)確度的溫度補(bǔ)償型模擬電流模式控制環(huán)路、經(jīng)過校準(zhǔn)以不受工作條件之影響的簡(jiǎn)易型補(bǔ)償、逐周期電流限制、快速和準(zhǔn)確的均流以及針對(duì)線路電壓和負(fù)載瞬變的響應(yīng)，并不存在任何與 ADC 量化相關(guān)聯(lián)的誤差，此類誤差是采用“數(shù)字”控制之產(chǎn)品中所常見的。該產(chǎn)品線的某些產(chǎn)品還內(nèi)置了可提供輸入和輸出電壓及電流、占空比和溫度之?dāng)?shù)字回讀的 16 位數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。另外，還整合了通過一個(gè)中斷標(biāo)記及一個(gè)“黑匣子”記錄器 (其負(fù)責(zé)存儲(chǔ)發(fā)生某種故障之前的轉(zhuǎn)換器工作狀況) 實(shí)現(xiàn)的故障記錄功能。最后，多電源軌系統(tǒng)的開發(fā)工作借助凌力爾特的 LTpowerPlay™ 開發(fā)軟件和 GUI 界面得到了簡(jiǎn)化。

最后，在進(jìn)入 2015 年下半年之際，我們將繼續(xù)投資 PSM 產(chǎn)品，同時(shí)每年推出面向這一領(lǐng)域的新產(chǎn)品。對(duì)我們而言，顯而易見的是，數(shù)字電源系統(tǒng)管理有望使下一代環(huán)保電子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)更高性能和更低能耗。盡管最初的應(yīng)用在高端企業(yè)計(jì)算系統(tǒng)領(lǐng)域，但是有明顯的跡象表明，PSM 正在進(jìn)入其他很多市場(chǎng)，包括工業(yè)和醫(yī)療系統(tǒng)市場(chǎng)。

DHC技術(shù) 解決了所有無線功率系統(tǒng)的基本問題

快速充電取代無線充電成為今年的熱門概念，貴公司在這方面的計(jì)劃如何?

答：凌力爾特公司始終關(guān)注新的市場(chǎng)機(jī)會(huì)，無線功率傳輸確實(shí)是新機(jī)會(huì)之一。面向手機(jī)、媒體播放器等移動(dòng)設(shè)備的無線電池充電市場(chǎng)已經(jīng)確立，不過Qi 標(biāo)準(zhǔn)涵蓋了這類無線電池充電技術(shù)。凌力爾特不是專注于這一面向消費(fèi)者的主流無線功率傳輸應(yīng)用，而是專注于工業(yè)、醫(yī)療和軍事應(yīng)用，后面這類應(yīng)用的要求嚴(yán)格得多。

我們的無線功率傳輸電池充電 IC LTC4120 完全不兼容 Qi 標(biāo)準(zhǔn)，相反，該解決方案是專為滿足高可靠性應(yīng)用的需要而設(shè)計(jì)的。LTC4120 利用了PowerbyProxi的底層技術(shù)和無線電源架構(gòu)，以使基于 LTC4120 的系統(tǒng)能夠在更長(zhǎng)的功率傳輸距離上運(yùn)作并擁有更大的偏差容限。這是以很高的效率實(shí)現(xiàn)的，因此接收器并未遭受熱問題。此外，大多數(shù)工業(yè)、軍事和醫(yī)療應(yīng)用并不愿意與消費(fèi)類產(chǎn)品具有互操作性。

作為一個(gè)旁注，這里解釋一下 PowerbyProxi 的技術(shù)。LTC4120 中嵌入了 PowerbyProxi 已獲專利的動(dòng)態(tài)調(diào)諧控制 (DHC) 微調(diào)技術(shù)，與其他無線功率解決方案相比，提供了顯著優(yōu)勢(shì)。為了響應(yīng)環(huán)境和負(fù)載變化，DHC 動(dòng)態(tài)改變接收器的諧振頻率。DHC 實(shí)現(xiàn)了更高的功率傳輸效率，從而允許使用尺寸更小的接收器，并產(chǎn)生可忽略不計(jì)的電磁干擾，甚至允許更長(zhǎng)的傳輸范圍。與其他無線功率傳輸技術(shù)不同，DHC 允許通過感應(yīng)電場(chǎng)進(jìn)行內(nèi)在功率值管理，從而無需單獨(dú)的通信通道來驗(yàn)證接收器或在電池充電周期管理負(fù)載需求變化。

換一種說法，DHC 解決了所有無線功率系統(tǒng)的基本問題。每個(gè)系統(tǒng)都必須設(shè)計(jì)成在給定最長(zhǎng)傳輸距離上接收一定量的功率。每個(gè)系統(tǒng)還必須設(shè)計(jì)成在最短傳輸距離上可承受無負(fù)載情況而不被損壞。其他解決方案用復(fù)雜的數(shù)字通信系統(tǒng)解決這個(gè)問題，這會(huì)增加了復(fù)雜性和成本，限制了功率傳輸距離?；? LTC4120 的無線功率系統(tǒng)用 PowerbyProxi 的 DHC 技術(shù)解決了這個(gè)問題。

盡管凌力爾特公司目前不提供面向無線功率傳輸?shù)陌l(fā)送器 IC，但是我們以后也許會(huì)提供，這并非是無法想象之事。但我們的應(yīng)用指南 (Application Note 138) 中也針對(duì)怎樣構(gòu)建自己的發(fā)送器線圈和電子組件提供了相應(yīng)信息。

汽車電子產(chǎn)品增加 汽車電源市場(chǎng)有望穩(wěn)步增長(zhǎng)

在汽車應(yīng)用中，電源管理技術(shù)今年有什么突破?

答：汽車市場(chǎng)是凌力爾特公司很重視的最終市場(chǎng)之一。上一財(cái)年，我們?cè)谶@一市場(chǎng)的總體銷售收入已經(jīng)增長(zhǎng)了 19%，并持續(xù)以高于公司總體增長(zhǎng)的速度增長(zhǎng)。汽車行業(yè)的大部分創(chuàng)新和差異化來自汽車電子產(chǎn)品。由于需要提高行車安全、燃料效率和舒適度，因此呈現(xiàn)了巨大商機(jī)?；旌蟿?dòng)力和全電動(dòng)型汽車的激增將穩(wěn)步驅(qū)動(dòng)對(duì)創(chuàng)新性模擬產(chǎn)品的需求。除了越來越多的汽車電子產(chǎn)品，潛在的汽車市場(chǎng)也有望穩(wěn)步增長(zhǎng)，從 2010 年到 2015 年，年增長(zhǎng)率約為 6%。

汽車電子系統(tǒng)中有許多應(yīng)用需要持續(xù)供電，即使在車輛處于停泊狀態(tài)時(shí)也不例外，例如：遙控車門開關(guān)、安全、甚至個(gè)人信息娛樂系統(tǒng)，其通常包括導(dǎo)航、 GPS 定位和緊急呼叫功能。也許很難理解為什么這些系統(tǒng)即使在車輛不行駛時(shí)也必須保持導(dǎo)通狀態(tài)，但是，出于應(yīng)急和安全目的，此類系統(tǒng)的 GPS 部分必須是“始終保持接通”。這是一項(xiàng)必需滿足的要求，這樣在需要時(shí)候就能夠由外部操作人員進(jìn)行初步控制。

這類應(yīng)用的關(guān)鍵要求是低靜態(tài)電流，以延長(zhǎng)電池壽命。自 2001 年以來，凌力爾特公司一直生產(chǎn)備用靜態(tài)電流低于 100mA 的開關(guān)穩(wěn)壓器，目前處于開發(fā)中的某些新產(chǎn)品將使這一數(shù)字降至低于 2mA。因此，這些產(chǎn)品已經(jīng)為得到中國(guó)汽車電子產(chǎn)品制造商的采用而做好了充分準(zhǔn)備。

無論每年銷售多少輛汽車，汽車中的電子產(chǎn)品數(shù)量都將繼續(xù)增加。而且，對(duì)混合動(dòng)力和全電動(dòng)型汽車的大力推廣也在進(jìn)一步推動(dòng)這一市場(chǎng)的發(fā)展。隨著將電池作為電源這種做法日益普及，相應(yīng)地也需要最大限度延長(zhǎng)電池的使用壽命。電池容量失衡 (即電池組的每節(jié)電池之充電狀態(tài)失配) 在大型鋰離子電池組中是個(gè)問題，這個(gè)問題是由制造工藝、工作條件、電池老化等方面所導(dǎo)致。失衡可能降低電池組的總體容量，并有可能損壞電池組。失衡使電池?zé)o法跟隨從充電狀態(tài)到放電狀態(tài)的過程，如果未得到嚴(yán)密監(jiān)視，可能導(dǎo)致電池過度充電或過度放電，這將永久性地?fù)p壞電池。

混合動(dòng)力汽車和電動(dòng)汽車電池組中所使用的電池被電池制造商按照容量和內(nèi)阻進(jìn)行了分類，以減小發(fā)送給客戶的某一給定批次中電池間的差異。車輛電池組隨后采用謹(jǐn)慎挑選的電池來制作，以改善電池組中各節(jié)電池之間的總體匹配。從理論上說，這將防止在電池組中產(chǎn)生大量的不平衡，但即便如此，人們還是一致認(rèn)為：在制作大型電池組時(shí)需要采用電池監(jiān)察和電池平衡功能電路，以在電池組的使用期限內(nèi)保持很高的電池容量。凌力爾特的新型電池管理系統(tǒng) (BMS) 產(chǎn)品系列在此領(lǐng)域中大受歡迎，而且目前是已投產(chǎn)和上路行駛的汽車中唯一使用的 BMS 產(chǎn)品。

總之，凌力爾特公司很好地根據(jù)市場(chǎng)需求設(shè)計(jì)了產(chǎn)品，以向這類汽車電子系統(tǒng)制造商提供經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的解決方案。顯然，為汽車電子系統(tǒng)生產(chǎn)電源轉(zhuǎn)換 IC 的制造商在中國(guó)市場(chǎng)的增長(zhǎng)潛力是很大的。

數(shù)字電源芯片可降低成本、加快產(chǎn)品上市進(jìn)程，未來前景廣闊

數(shù)字電源芯片的占比在增大，未來的發(fā)展情況會(huì)如何?

答：我們認(rèn)為，凌力爾特獲取成功的一個(gè)關(guān)鍵要素是：不斷地開發(fā)與當(dāng)今諸多市場(chǎng)區(qū)段中出現(xiàn)且從傳統(tǒng)模擬電源轉(zhuǎn)換電路向數(shù)字電源系統(tǒng)管理解決方案持續(xù)遷移之趨勢(shì)密切一致的產(chǎn)品，部分相關(guān)內(nèi)容已在針對(duì)問題一所做的回答中進(jìn)行了討論。使用一根標(biāo)準(zhǔn)串行數(shù)字總線 (如 I2C) 可實(shí)現(xiàn)與具數(shù)字特性的 DC/DC 轉(zhuǎn)換器的簡(jiǎn)單和有效通信，而且，諸如PMBus等新興標(biāo)準(zhǔn)有利于實(shí)現(xiàn)組件的互操作性。重要的穩(wěn)壓器參數(shù) (包括啟動(dòng)特性和定時(shí)、輸出電壓和電流限值、裕度規(guī)格、以及過壓和欠壓監(jiān)控限值) 均可直接進(jìn)行數(shù)字編程，而無需使用電阻器以及占用空間的排序和監(jiān)測(cè)產(chǎn)品來設(shè)定。此外，還可對(duì)諸如溫度、輸入和輸出電壓及電流等關(guān)鍵工作參數(shù)實(shí)施例行的監(jiān)視，并利用它們來優(yōu)化系統(tǒng)性能和可靠性。

而且，數(shù)字 PSM 的一個(gè)主要優(yōu)勢(shì)是可降低設(shè)計(jì)成本并加快產(chǎn)品上市進(jìn)程。采用一種具有直觀圖形界面 (GUI) 的綜合開發(fā)環(huán)境，即可以高效地開發(fā)復(fù)雜的多電壓軌系統(tǒng)。另外，此類系統(tǒng)還可利用GUI 而不是在“白色導(dǎo)線”固定點(diǎn)上進(jìn)行焊接來實(shí)現(xiàn)更改，從而簡(jiǎn)化了在線測(cè)試 (ICT) 和電路板調(diào)試工作。另一個(gè)益處是，由于有實(shí)時(shí)遙測(cè)數(shù)據(jù)可用，因此有可能預(yù)測(cè)電源系統(tǒng)的故障，并采取預(yù)防性措施。也許最重要的是，具數(shù)字管理功能的 DC/DC轉(zhuǎn)換器允許設(shè)計(jì)師開發(fā)“綠色”電源系統(tǒng)，這種系統(tǒng)可滿足目標(biāo)性能要求 (計(jì)算速度、數(shù)據(jù)速率等) 且在負(fù)載點(diǎn)、電路板、機(jī)架甚至安裝級(jí)上的能量消耗極少，從而降低了基礎(chǔ)設(shè)施成本和產(chǎn)品整個(gè)壽命期的總擁有成本。

制造業(yè)轉(zhuǎn)型時(shí)期工業(yè)自動(dòng)化仍然是提高效率、節(jié)省費(fèi)用的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)力

中國(guó)的制造業(yè)面臨著一些問題，電源管理技術(shù)在幫助制造業(yè)轉(zhuǎn)型的過程中能發(fā)揮什么作用? 貴公司在中國(guó)市場(chǎng)的策略是怎樣的?

答：在以制造業(yè)為主導(dǎo)的經(jīng)濟(jì)中，工業(yè)自動(dòng)化仍然是提高效率、節(jié)省費(fèi)用的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)力。例如，就能源和資源利用效率而言，可持續(xù)性仍然是全球制造業(yè)取得成功的關(guān)鍵因素。在流程制造業(yè)和離散制造業(yè)，人們?nèi)找骊P(guān)注采用高能效解決方案，這也將促進(jìn)制造業(yè)采用可持續(xù)的生產(chǎn)方式。例如，在電動(dòng)機(jī)市場(chǎng)，通過 IE3 類能效要求體現(xiàn)的能效問題將主導(dǎo)業(yè)務(wù)發(fā)展。(這個(gè)分類來自歐洲新的超高效率行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)或美國(guó) (EISA) 的Nema Premium，這視額定功率不同于 2015 年 1 月或 2017 年開始適用。) 類似地，廢水處理和處理泵將主導(dǎo)全球傳統(tǒng)水泵市場(chǎng)的發(fā)展。

未來的工廠將在云計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)安全以及移動(dòng)和無線通信技術(shù)的促進(jìn)下發(fā)展。相應(yīng)地，對(duì)更高生產(chǎn)率和更高效率的需求也將促使企業(yè)在工廠車間和涵蓋所有最終用戶的企業(yè)之間實(shí)現(xiàn)更深入的互動(dòng)。資產(chǎn)管理和靈活的制造業(yè)也將促進(jìn)具活力的工廠集成，而且在工業(yè)應(yīng)用中，自動(dòng)化和定制服務(wù)解決方案也將有很大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

數(shù)字與模擬結(jié)合!優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品、優(yōu)秀團(tuán)隊(duì)都重要

貴公司在中國(guó)市場(chǎng)的策略是怎樣的?

答：在模擬市場(chǎng)，僅擁有富有吸引力的產(chǎn)品已經(jīng)不夠了，隨著產(chǎn)品變得越來越復(fù)雜，模擬與數(shù)字功能的混合導(dǎo)致需要同時(shí)提供軟件和應(yīng)用支持。因此，擁有一支具豐富經(jīng)驗(yàn)的全球現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用工程團(tuán)隊(duì)是取得成功的先決條件。在中國(guó)的工業(yè)及汽車市場(chǎng)上，這一點(diǎn)尤其必要。這類市場(chǎng)上的產(chǎn)品都是復(fù)雜系統(tǒng)，可能在全球多個(gè)地點(diǎn)設(shè)計(jì)和制造。凌力爾特是為數(shù)不多的、能夠提供一致的客戶應(yīng)用工程支持的模擬供應(yīng)商之一，從設(shè)計(jì)、制造到銷售支持的各個(gè)環(huán)節(jié)均與全球各地保持著緊密聯(lián)系。

總結(jié)

通過以上解讀，我們發(fā)現(xiàn)數(shù)字電源大有超越模擬電源成為市場(chǎng)主角的趨勢(shì)，其能夠降低成本并加快產(chǎn)品上市進(jìn)程的優(yōu)勢(shì)受到廠商的青睞。而在汽車電子領(lǐng)域，持續(xù)增加的汽車電子產(chǎn)品對(duì)電源的需求和要求都日益上漲，尤其是電動(dòng)汽車和混動(dòng)汽車，大型電池組對(duì)電池管理有了更為嚴(yán)格的要求。當(dāng)下，強(qiáng)大的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)不僅僅靠?jī)?yōu)秀的產(chǎn)品，模擬與數(shù)字功能的混合導(dǎo)致需要同時(shí)提供軟件和應(yīng)用支持，擁有一支具豐富經(jīng)驗(yàn)的全球現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用工程團(tuán)隊(duì)成為先決條件。