电源管理细致入微 亚太电源技术论坛精彩呈现

 

便携式产品集成了越来越多的功能，视频、音频、照相、录像等，这些功能的集成对电源芯片也提出了更高的要求，如何在更短的时间和更小的空间内，以更低的功耗和成本实现日趋复杂的电源管理需求，是电源设计者急需解决的问题，同时，由于全球面临越来越严峻的能源危机，开发节能、环保的绿色电源产品亦逐渐提上日程。

继本刊连续两年成功举办亚太电源技术论坛峰会之后，2006亚太电源技术论坛峰会日前也在深圳圆满落下帷幕。4月12日来自业内的专家、设计人员、听众300多人共聚一堂，共同探讨电源管理技术以及未来的技术发展趋势。

本次论坛邀请了来自德州仪器(TI)、飞兆半导体(Fairchild)、崇芯微电子、瑞萨科技(Renesas)、 立 科技(Richtek)、美国模拟器件(ADI)、BCD七家厂商的专家在论坛上做了精彩演讲并就电源管理、便携式产品电源设计等问题与听众进行了深入讨论。

下面将摘录厂商的演讲精华，与读者共同分享。

TI：电源管理全面迈入细分市场

随着手机、MP3、PDA、数码相机、笔记本电脑等消费类电子产品迅速发展以及功能的不断增加对传统的电池寿命和电源管理技术提出了新的要求和更为严峻的挑战，便携式电源管理产品市场逐渐细分。德州仪器高性能模拟器件事业部经理张洪为指出，为了满足消费电子产品对电源管理芯片日益增张的要求，电源管理产品面临以下几个革新：

◆ 延长电池使用时间

◆ 缩小产品体积

◆ 降低产品成本

◆ 支持新的应用

TI凭借其精深的高性能模拟系统专业知识以及雄厚的制造能力，已经推出了一系列全面、先进的电源管理产品。分离式电源管理解决方案中，针对LCD显示、白光LED、DC/DC转换器以及电池应用，TI推出了TPS65120、TPS65110、TPS62400、TPS63000、TPS61058/59、TPS65552A、Bq26150等系列产品。其中，Bq26150是TI系列电池组安全产品家族中的第一款电池智能认证IC，它能够获得基于循环冗余码校验（CRC）架构的重要安全性数据信息，可将独特的标识与随机问题相结合，以生成传输结果， 并对手机、PDA、数码相机、笔记本电脑或其他便携式应用所使用的电池组进行验证。同时，它还能够轻松识别未经消费类电子产品制造商批准而用于其产品中的存在潜在不安全因素的电池。

在集成式电源管理产品中，TI针对数码相机、MP3、PMP、PDA、智能手机、笔记本电脑等应用领域也提供了一系列解决方案，产品包括TPS65520、TPS65010、 TPS65020、TPS65800、TPS51120、TPS51124等。

张洪为指出，随着便携式产品向轻薄短小、整合多功能的趋势发展，电源设计厂商必须了解用户需求，高集成度、高智能化和设计简便的电源管理IC将是发展方向。

飞兆：大尺寸LCD TV电源解决方案

根据工研院IEK最新资料显示，截至2008年以前，32～42寸液晶电视将成为市场主流，占出货量近6成比例。不难看出大尺寸LCD TV市场需求不断攀升，同时，也对大尺寸LCD TV功率管理和节能带来了新的挑战，图1给出了液晶电视电源规格。

飞兆半导体亚太区技术和应用支持中心经理林涛先生指出，LCD TV电源面板应该具有更低电磁干扰、更低功耗、更高的数据频率以及更低的成本。

作为领先的模拟和分立功率元件供应商，飞兆半导体专门设计并制造能在几乎所有电子设备中有效优化系统功率的产品。除了绿色飞兆功率开关(FPS)外，产品系列还包括：PWM控制器、功率因子校正(PFC)单独控制器和PFC/PWM组合控制器、误差放大器/光耦合器、MOSFET、SMPS IGBT、二极管、整流器和监控集成电路。这些创新产品系列可支持客户的设计，解决所面对的关键问题包括提高效率、降低待机功耗、成本以及额外元件数。

其中，FSCQ系列产品为系统设计人员提供了在DVD功放和彩电等高功率应用中优化功率和性能的解决方案。该系列产品在单一封装中集成了额定雪崩值经过完全测试的SenseFET和电流模式PWM IC来降低系统的待机功率、电磁辐射、线路板空间以及总体元件数。这些产品在待机模式下(265Vac输入时小于0.1W)采用间歇模式工作，满足国际能源署(IEA)的1W倡议要求，即把待机功耗降至1W以下。该标准规范定义了系统在待机状态下开关电源(SMPS)能够消耗的待机功率量。

林涛指出，飞兆半导体将继续响应市场对绿色解决方案不断增长的需求所带来的趋势和设计挑战。

崇芯微电子：便携式产品电源设计挑战不断

便携产品电源设计需要系统级思维，在开发由电池供电的设备时，诸如手机、MP3、PDA、PMP、DSC等低功耗产品，如果电源系统设计不合理，则会影响到整个系统的架构、产品的特性组合、元件的选择、软件的设计和功率分配架构等。同样，在系统设计中，也要从节省电池能量的角度出发多加考虑。例如，现在便携产品的处理器，一般都设有几个不同的工作状态，通过一系列不同的节能模式（空闲、睡眠、深度睡眠等）可减少对电池容量的消耗。即当用户的系统不需要最大处理能力时，处理器就会进入电源消耗较少的低功耗模式。

崇芯微电子高级工程师颜重光指出，从便携式产品电源管理的发展趋势来看，需要考虑以下几个问题：

◆ 电源设计必须要从成本、性能和产品上市时间等整个系统设计来考虑

◆ 便携产品日趋小巧薄型化，必需考虑电源系统体积小、重量轻的问题

◆ 选用电源管理芯片力求高集成度、高可靠性、低噪声、抗干扰、低功耗、突破散热瓶颈，延长电池寿命

◆ 选用具有新技术的新产品电源芯片，将新的电源芯片应用于新的设计方案中去，是保证新产品先进性的基本条件，也是便携产品电源管理的永恒追求

便携产品常用电源管理芯片包括低压差稳压器LDO，基于电感器储能的DC/DC转换器，基于电容器储能的电源管理芯片，电池充电管理，锂电池保护。

颜重光指出，电源管理芯片选用应注意以下几点：

◆ 选用生产工艺成熟、品质优秀的生产厂家产品

◆ 选用工作频率高的芯片，以降低成本周边电路的应用成本

◆ 选用封装小的芯片，以满足便携产品对体积的要求

◆ 选用技术支持好的生产厂家，方便解决应用设计中的问题

◆ 选用产品资料齐全、样品和DEMO申请用易、能大量供货的芯片

◆ 选用产品性能/价格比好的芯片

瑞萨：电源管理系统应用无所不在

据iSuppli公司调查显示，2003年到2008年全球电源管理芯片销售的年复合增长率为12.7%，2008年的销售额将上升至295亿美元。面对如此巨大的市场，电源设计厂商纷纷推出不同解决方案，以在激烈的市场竞争中占有一席之地。

瑞萨科技的石川仁先生提出了瑞萨独特的电源管理理念（图2）i-Pulse ：

I-智能化；P-电源管理；U-结合；L-低功耗；S-小型封装；E-易于使用。

石川仁介绍，瑞萨电源产品分为两大部分，用于变压器的隔离式电源产品和非隔离式DC/DC。其中，隔离式电源产品包括：功率因数校正（用于服务器等）、AC-DC PWM电源（通用）、砖型电源（用于电信基础设施），非隔离式DC/DC包括Hi di/dt POL（个人电脑、服务器）、电池充电器（用于手持设备）。

石川仁指出，从电流、工艺、封装方面考虑，DC-DC和电池充电器的关键技术在于以下几点：

◆ 更高效率的电路技术

◆ 采用BiC-DMOS/C-MOS 工艺内置功率MOSFET

◆ 采用更低功耗的封装

◆ 更少的外部元件

用于移动电话和台式电脑的POL集成电路也是瑞萨关注的焦点。大规模集成电路的设计规则使电压变得越来越低，电压偏差也变得越来越小。功能增加、功耗就会增加，POL 产品应运而生。POL可以用于大耗电量设备的稳定而高效率电源，如DSP、功率放大器，以及具有严格电压条件设备的高精度电源，如DSP、DDR存储器。

石川仁指出，未来DC/DC产品将拥有更高的响应速度，更高的开关频率。

立锜科技：积极布局PMP电源设计

本次论坛上，来自立 科技（RichTek）的郑刚先生针对PMP（Portable Multimedia Player，便携式多媒体播放器）的市场发展趋势，基本架构，对电源的要求，电池的选择和管理，合理选择电源器件以及PMP电源配件设计问题做了精彩演讲。郑刚强调，要考虑输入、输出条件来决定电源转换器件类型：升压，降压，自动升降压，恒流。当Vo>=4.2V选择升压方式；3.1V

目前，锂离子/聚合物电池是PMP电源的最佳选择，要求电池不能过度充电、放电，其充放电速度必须加以控制。为了安全的需要，保护电路是必需的。

郑刚表示，合理的设计可以充分保证电池充电安全，需要注意以下几点：

◆ 过度充电可提高容量，但电池循环寿命急剧缩短，损害最终消费者利益，不利于环境保护

◆ 必须使用合理的充电方法

◆ 利用USB端口充电时，应满足USB规范

◆ 自动的温度管理、时间管理

◆ 过压、欠压保护，尤其要防止输入电压过高造成的危险

保护电路在PMP电源设计中也非常重要，在设计过程中，需要考虑以下几个方面：

◆ 电池不能过充、过放

◆ 检测电压时要注意避免纹波的影响

◆ 电池在负载消失后其电压会上升

◆ 设计完善的电源转换器件含有过压、欠压保护功能，保护以后器件会闭锁，遇到这种现象时要仔细查找根本原因

◆ 复位电路为系统提供电压检测、复位信号，使其具有一个良好的开端，并消除电源系统上的干扰带来的消极影响，系统设计者可以区分上电复位或干扰复位，遇到干扰复位时可自动从复位以前的正常点进入工作，尽量消除干扰带来的影响。

ADI：提供全面电源管理方案

美国模拟器件是领先的高性能模拟集成电路制造商，其产品广泛用于模拟信号和数字信号处理领域。ADI大中华与亚太区电源管理产品部门市场与应用策略经理翟至钧先生带来了详尽的电源解决方案，产品包括消费类及PC领域的电源。

消费领域电源涉及升降压DC/DC转换器，用于手持设备的LDO，背光及闪光灯LED驱动控制芯片。PC电源广泛为CPU内核，POL负载供电；高可靠性的AC/DC二次侧及具有热包括的PC控制芯片受到广泛好评。

ADP1823是一款通用而经济的同步PWM降压控制芯片，适用于各种大功率电源应用领域，如移动通信基站。该芯片驱动全N沟道功率MOSFET，具有宽电源电压输入，输出电压可调低至0.6V，负载电流最高可达20A。ADP1823具有双路输出，可对输出电压进行跟踪，具有软启动功能及多种保护，输出电压精度达 ±0.85％，可用外部时钟进行同步。

ADP1652是一款由I2C总线控制的高亮度LED闪光灯驱动芯片，I2C控制LED输出电流。该芯片可工作在torch、flash两种模式，torch模式最小电流为35mA，flash模式电流可达500mA。ADP1652具有两路GPIO口及芯片指示功能，有四种故障显示。同时，还有输出电压及过热等多种保护功能，内部软启动可减少输入应力，看门狗可对LED进行保护。ADP1652采用3×3封装，减小了PCB尺寸。翟至钧表示，电源市场巨大，ADI将继续为用户提供全面优秀的电源管理方案。

BCD：环保电源技术应用 绿色电源先行

随着能源问题越来越成为全世界范围关注的焦点，各国政府及相关组织都开始积极推进绿色电源（Green Power）产品概念。绿色电源是指输入功率因数、输入电流谐波、电磁兼容性(EMC)等对外围电磁环境有污染影响的性能指标以及安全性等性能指标满足国家相关标准要求，制造材料和制造工艺、制造过程符合国家环境保护标准要求的电源产品，它具有节能、环保、方便等特点，目前，已经有部分厂商推出了绿色电源产品（图３）。

来自BCD半导体制造有限公司的BCD Power IC系统工程师/分部经理刘新峰在本次论坛上与听众分享了BCD绿色电源产品系列AP384XG、AP3700、AP3101、AP3702。刘新峰指出，待机功耗是绿色电源产品的一项重要指标，而随着经济的迅速增长，中国面临越来越严峻的能源危机，绿色电源产品的推出恰逢其时。

未来，开发出具有静音、节能、环保、宽幅等设计理念的绿色电源产品，将成为电源厂商不断追求的目标。