电源设计界向90%+能效目标迈进

当今世界环保绿化 (going green) 是所有产业的热门议题，节能和减排已经成为能源使用的主题。不管是美国政府主导的“能源之星(Energy Star)”，还是由全球计算业界领导厂商提出的“计算机产业拯救气候计划 (Climate Savers Computing Initiative) ”，待机，加上各国出台的相关法律法规，都对电子产品能源效率提出了更高的要求，成为全球电子业者都要面临的重大挑战。 　　英飞凌科技全球开关电源高级市场经理Thomas Schmidt日前表示：“出货量最大的PC类产品及长期运转工作的服务器耗能最多，自然成为关注的焦点。到今年7月，Climate Savers Initiative组织对电源模块的采购要求100%的PC电源满足能源之星4.0的要求，到2009年6月超过20%的PC电源半负载下效率需达到85%；同时超过80%的服务器电源半负载下效率要求达到85%，超过20%的服务器电源半负载下效率需达到89%，时间已经十分紧迫。而到了2010年，更是要求100%的1U/2U服务器电源达到89%的半负载下效率，超过20%的电源达到92%。”（如下图所示）。
　　如此看来，在PSU既电源供电单元领域采用更加绿色的方案和设计已经刻不容缓，电源工程师们，你们准备好了吗？
　　据Schmidt说，目前很多亚洲电源厂商已在开发瞄准半负载下88%+效率水平的产品，部分甚至在开发90%以上的设计，以赶上那些期限。不仅PC和服务器电源领域，对于没有明确入市约束的通信和消费电子领域，节能同样是大家共同最求的目标，据悉一些通信基础设施厂商已在瞄准90%+的目标做研发，消费类厂商则已基本到80%+的水平，另外待机功耗也在不断降低，低于0.3W欧盟要求已很普遍。
　　针对以上趋势，系统设计对电源类半导体的功率密度和效率要求自然不断增加，诸如英飞凌ST、IR、TI等大公司和中小电源IC厂商都在不断推出新技术和新一代产品来满足这一需求。对于PC和服务器等中低压应用电源应用，独立的功率半导体器件主要朝着更低通态电阻（RDSon）和采用实现更大功率密度、降低散热的新型封装发展，例如英飞凌科技股份公司刚刚宣布推出的采用SuperSO8和S308 （Shrink SuperSO8）封装的40V、60V和80V OptiMOS 3 N沟道MOSFET就在本次深圳的中国国际电源展览会得到了重点展示(如下图)，该小型封装的无铅无卤产品号称可以提供全球最低的通态电阻（RDSon）。SuperSO8封装与标准TO（晶体管外形）封装相比，可使功率密度增大50%，特别是对于服务器开关模式电源的同步整流应用而言。
　　除了PC和服务器，OptiMOS 3 40V、60V和80V产品也适用于其它需要高效率和功率密度的功率转换和管理应用，包括众多产品的SMPS（开关模式电源）、DC/DC转换器和直流电机驱动器等。这些产品包括家用电器、小型电动车、工业自动化系统、电信设备和电动工具、电动剪草机和风扇等消费类电子设备。
　　Schmidt还特别指出，采用OptiMOS 3替代现有的DC/DC buck解决方案可获得超过1%的效率提升；而在AC/DC电源设计上，采用30V到80V的OptiMOS 3替代次级的二极管更可以使整体电源效率提升3%～5%。（如下两张图）
　　作为大功率产品如IGBT的业内领导者，英飞凌最近几年才进入低压MOSFET领域，并凭借其OptiMOS系列产品取得了不俗的市场战绩。不久前英飞凌更是获得了IR公司的DirectFET双面散热先进功率管理封装技术的专利授权，进一步提升了其技术能力，在本次电源展览会上英飞凌也对少量采用该封装技术的CanPAK产品进行了展示（据悉OnSemi也已得到IR此先进封装技术的授权）。
　　谈及未来的技术发展方向，Schmidt表示，MOSFET针对不同客户和应用，定制化的趋势将更加明显，这也是为什么近来中小电源IC厂商业务增长较快的原因。随着各种电子系统越来越趋向小型化和集成化，占据大量空间的PSU部分已经成为一个非常大的负担，未来将有可能将PFC控制、PWM控制与MOSFET集成到一起，届时，PSU的设计将变得更加简单。