原创 电源管理要超越芯片层面

作者：丛秋波，EDN China副主编  发表时间：2006-05-10

    在一个功耗敏感的时代，创新的超低功耗产品已成为电源行业共同的研发方向。因此，节能电子产品设计也成为2006年产业的热门话题。而一直以来，我们所看到的很多电源管理芯片，都是针对电子系统中的应用功能芯片与模块的，目的是使它们的功耗达到最有效的水平。不过我们发现，这一情况也正在发生改变：现在有一些厂商开始更多考虑电源管理芯片对整机总体功耗的作用与影响，设计工程师的目光也不再只是瞄准一些芯片的管脚。

　　那么，促成这一转变的原因又是什么呢？笔者最近通过对一些电源厂商的采访，有这样两个问题很值得我们去思考和借鉴。一是，解决超低功耗，仅仅从元器件上下手，远远解决不了整个系统对低功耗的要求。笔者了解到，功耗问题已开始直接或间接地影响到系统的成本、性能与适用性，日益成为半导体元器件设计应用中的一个重要考量因素。而目前大多数电源管理系统开发者还一直处于器件层面，这就决定了其供电系统只发挥出85%～86%的能效。因此，将器件级设计思路提升至系统层面，开发出智能化的电源管理系统， 
是解决当前基于硅材料电源技术发展瓶颈的重要手段。

　　国际整流器（IR）公司首席执行官Alex Lidow博士曾指出：“现在中国工程界面临着的最大挑战是为庞大的家电市场提供能效高、成本低的驱动控制方案。在未来的20年中，亚洲的发展中国家的用电量将位居全球前列，中国也将成为亚洲第一大电力消耗国（请参考背景链接）。因此，功率电子技术在未来发展中将会扮演重要角色。显而易见，在业界形成新的节能运动控制架构的过程中，节电型功率电子技术的前景不可估量。”前不久，IR公司的iMOTION平台就首次从整个系统的角度实现节能运动控制，这个平台为设计师提供了所有用于空调应用的变速运动控制优势，可使系统效率从60%提高到95%。据了解，IR的功率设计平台是一个优化的系统结构，集成了IR专有的高压集成电路（HVIC）技术、模拟接口、数字控制器和功率模块以及固件、算法和软件工具，对家用电器中永磁同步电动机（PMSM）进行无传感器变速电动机控制。这也使我们看到，众多的电源厂商已经从幕后走向前台。节能、高效，已从芯片开始延伸到系统。

　　二是，IC设计师要适应新的设计思路，业内行家经常提到的一句话是，做一个IC设计师一定要具备“瞻前顾后”的能力。“瞻前”就是要对系统了解，这样研发出来的解决方案才能对整个系统发挥出更高的效率。“顾后”就是对芯片的制程工艺技术要熟悉，这样，研发出来的产品才能良品率高。IC设计不能仅把眼光局限于芯片本身，而是要考虑芯片在整个系统中所能发挥的作用。否则，一个电源IC设计的再好，即便达到100%的节能、高效，但整个系统方案不好，也只能是前功尽弃。

　　过去的10年，IC发展的瓶颈问题是尺寸、速度和成本，然而近年来IC发展的重头戏是如何降低功耗。充分用好每一库仑，不仅是每一个消费者所希望的，也是众厂商所期待和追求的。2006年，让更多的电源厂商给行业带来更多的惊喜。
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　　背景链接：“电荒”问题成为电源管理变革动力

　　近几年，我国的“电荒”状况已开始从长江三角洲迅速向珠江三角洲以及全国蔓延。2002年全国有12个省市拉闸限电，到了2004年全国已发展到24个省市拉闸限电，2005年，甚至于在经济欠发达的西部地区也出现了“电荒”。据有关部门的数字测算，近5年“电荒”造成的国民经济损失超过1万亿人民币。随着“电荒”问题的出现，电的价格也在不断调整。例如，北京地区民用电，2004年，从0.44元/千瓦时上涨到0.48元/千瓦时。

　　多数人都会认为，目前这种“电荒”状况与已关系不大。实际上，与你生活息息相关的传统家用电器，已被人们形象地比做为“吸血虫”，在汲取我们本来就不丰富的电力资源。例如，越来越多的家电产品具有了待机功能（如遥控开关、网络唤醒、定时开关、智能开关等）。产品的待机功能极大地方便了我们的生活，但也浪费了大量的能源。中国节能产品认证中心（CECP）在大量调查后发现，我国城市家庭的平均待机能耗相当于这些家庭每天都在使用一盏15W~30W的长明灯。

　　这些待机功耗还反映在我们办公所用的传真机、计算机、打印机等各种办公设备。据了解，如果我国计算机待机能耗指标能够达到欧盟的规定（既小于等于3W），到2012年预计可节省超过5亿度的电能，可以节省电力费用支出3亿元人民币，减少碳的排放近20万吨。

　　根据美国能源部数据，家电能源消耗通常占总体能源消耗的20%。其中，电机是能源消耗的主要来源，约占总的电能消耗的51%。有关专家认为，采用智能电源管理芯片以及变频技术，是大幅度提高效率的最好办法。在这里我们也看到众厂商为节能降耗和电源管理的技术创新所做的不懈努力：例如,飞兆半导体公司推出的Motion智能功率模块，可使工作在50W~3kW全线家电产品的能源效率从原50%提升至90%。IR公司约有三分之一的业务和节能有关，近年内推出的iMotion平台，可为洗衣机、冰箱、空调及若干工业带来方便的变频高速方案，节能效率能超过60%以上。TI的8位MCU—MSP430推出之后，一直受到众多工程师的偏爱，其最主要的原因，是TI的创新超低功耗技术，应用在血糖仪上的MSP430，可使一个纽扣电池使用长达10年不用更换。