摘要：  电源管理技术在提倡节能环保及经济不断发展的今天，已经显得越来越重要。可以说，凡是电子产品都涉及到电源管理。如今，人们也已经越来越依赖电子产品了，对电子产品的功能要求是越来越高。社会环境、消费者、国家政策的指引等等，都对电源管理技术提出新的要求，电源管理技术的发展也在各种挑战中不断提升。这一期，我们将主要针对PC外设用电源，与您一起探讨电源管理面临的挑战及发展方向。

关键字：  PC外设用电源，  节能环保，  电源管理技术，  多芯片模块，  

电子产品，一个完全不陌生的名词。或许稍作观察，您就会留意到您的生活中已经不可或缺电子产品了。确实，现代社会，科学技术迅猛发展，身边越来越多人使用各种电子产品，手机、数码相机、电脑、电视等等，各种电子产品的身影也是随处可见。而电源管理技术在提倡节能环保及经济不断发展的今天，已经显得越来越重要。可以说，凡是电子产品都涉及到电源管理。如今，人们也已经越来越依赖电子产品了，对电子产品的功能要求是越来越高。社会环境、消费者、国家政策的指引等等，都对电源管理技术提出新的要求，电源管理技术的发展也在各种挑战中不断提升。这一期，我们将主要针对PC外设用电源，与您一起探讨电源管理面临的挑战及发展方向。

节能推进电源管理技术发展 电源管理技术体现节能

随着节能环保问题日益引起重视，如何开源节流已经成为很多半导体厂商主要考虑的问题。而对于电源管理，提升电源设计效率是半导体厂商与电源系统工程师最关注的问题。英飞凌一直持续致力于提升PC电源的效率，研发高效率的电源管理IC，并且提供系统解决方案。针对不同效率要求的PC台式机电源，英飞凌都有相对应的完整系统解决方案。其中电源管理IC可以分别应用在有源功率因数校正，LLC谐振式半桥和全桥变换器，正激式PWM变换器，以及辅助电源模块。IFX90ATX300W是英飞凌开发的300W标准ATX电源样机，其效率超过全面90%，并且获得80plus机构的白金认证(英飞凌是第一家获得80plus白金证书的半导体供应商)。

英飞凌科技亚太私人有限公司高级工程师李冬博士指出：“对应于80plus金牌和白金效率的电源，我们特别推荐ICE3PCS0xG，ICE2HS01G和800V CoolSET。这三款IC可以最大限度的帮助优化功率电路的设计，减小功率损耗，提升效率，降低成本。”他还补充道，对应于80plus铜牌效率的电源，英飞凌推荐使用ICE1CS02。这颗IC将CCM PFC和正激变换器的控制集成在一起，可以最大限度的减小电源设计工程师的开发难度和时间。内建完整的保护功能，在故障出现时候，可以快速、准确地自我保护。集成的控制和内建的保护功能，还可以减少外部分离器件的数量，降低整机成本。

英飞凌科技亚太私人有限公司高级工程师李冬博士

对笔记本电脑有强烈需求的消费人群来讲，电池的持久性，更高的能效、设计的简洁、携带的方便等都是消费考虑的主要因素。所以同样地，作为一家专为功率及便携设计提供高能效、易于应用及高增值的半导体解决方案——飞兆半导体。飞兆半导体第二代XS DrMOS系列FDMF6708N是经全面优化的紧凑型集成MOSFET解决方案加驱动器功率级解决方案，用于大电流、高频率同步降压DC-DC应用。与最接近的竞争产品相比，该器件在峰值负载下(15A)效率提高2.5%，在满负载条件下(30A)效率改善6%。该器件适用于要求开关频率在600KHz – 1.0MHz，输入电压甚至达到20V的应用。可让设计人员使用更小、更薄的电感和电容，减小解决方案的尺寸，同时满足热性能要求。FDMF6708N器件能够帮助设计人员应对设计挑战，设计出更酷、更薄且具有更高能效的Ultrabook产品。

无论从半导体厂商还是电源制造商的观点来看，今后的主体发展趋势仍将集中在进一步提高转换效率，提升功率密度，高可靠性及更低成本。而电源的效率几乎是电源技术与应用中永恒的主题，随着全球经济的一体化和对节能环保的关注，更高的转换效率意味着对能源的有效利用和减少能耗开支。

例如，飞兆半导体提供的AIO解决方案非常适合75W~230W功率范围应用，包括FAN6920MR集成式临界导通模式PFC和准谐振电流模式PWM控制器产品;FAN7382栅极驱动器;以及用于反激式拓扑和正激续流整流的FAN6204次级端同步整流(SR)控制器。而且，这些器件都具有同级最佳的无/轻负载功耗，能够实现达到2013 ErP标准的设计，并可省去LLC解决方案所需的附加电路。

另外，以全球领先的高性能模拟集成电路(IC)设计及制造商而名的奥地利微电子，针对PC及外设用方面的电源管理IC则提供分立的低压差线性稳压器(LDO)、DC/DC转换器及电源管理集成电路(PMIC)。其的LDO和DC/DC转换器能耗及噪音都非常低。而PMIC产品提供了强大的系列编程设置，采用OTP(一次可编程)可灵活实现客户所需的上电时序。

面对各种挑战 半导体厂商各有战术

当能效标准逐渐成为电子产品新的紧箍咒，各大电源半导体厂商不得不面对电源管理技术的全新挑战。飞兆半导体 FDMF68xx Gen III DrMOS多芯片模块(MCM)系列经设计能够降低输出感量和减少输出电容器数目，与普通分立器件解决方案相比，该系列能够节省多达50%的线路板空间，并提高效率，以期满足新能源标准要求。使用飞兆半导体的高性能PowerTrench® MOSFET技术，FDMF68xx系列能够显着减少开关振铃(switch ringing)，省去大多数降压转换器应用中使用的缓冲器电路。FDMF68xx系列配合针对刀片式服务器、高性能笔记本电脑、游戏主机和负载点(point-of-load)模块的新能源标准和系统规范，正在推动业界对更高效率、更大电流、更高开关频率以及更大功率密度的需求。

PC和外设电源的设计人员一直面对对空间有限、满足世界各地能源法规要求，以及提供易于设计之解决方案的挑战。对于领先的的电子设备品牌厂商，它们将节能和环境责任视为竞争优势。鉴于价格也是一个市场驱动力，如果电源的成本过高，这些制造商可能放弃实现最低的额定待机功耗。因此，那些需要额外器件并且增加BOM成本的功率半导体解决方案在竞争中处于劣势。

对于飞兆半导体这一类半导体企业来说，使用尽可能少的元器件来实现超低待机功耗的挑战不是微不足道的。在待机/空载条件下有着数个功率损耗来源，而且，需要使用多种技术来解决所有这些问题。让我们看看以下示例：

例如，通过利用700V JFET制造工艺，飞兆半导体器件能够在器件开启后切断电路路径，从而消除启动电阻的损耗。大家知道电源可以在轻载状况下进入间歇工作模式，通过减小开关频率来降低MOSFET的开关损耗，飞兆半导体则更进一步，通过使用创新技术，在相同的设计部件中，同时降低功率 MOSFET和PWM IC的多种损耗。而对于15W以上的适配器，需要使用一个 X电容来抑制EMI，这需要使用一个泄放电阻来进行安全放电。飞兆半导体提供一项包括一个700V MOSFET的专利电路技术，省去电阻和随之而来的原边IC中的功率损耗。其它厂商现时只有采用一个或多个附加电路才能解决这个问题。一般解决方案会使用次级端调节电路来提供反馈控制功能，而飞兆半导体拥有专利的初级端调节(PSR)技术，不仅能够减少反馈损耗，还能够进一步降低功率IC的损耗。

“虽然各种工艺、电路和封装技术能够减少各方面的待机功耗，但是，仅仅在能够同时应用这些技术形式时，才可能出现真正的突破。”飞兆半导体技术行销副经理张瑞斌认为。

飞兆半导体技术行销副经理张瑞斌

目前PC电源管理的主要挑战是保持尺寸不变，大幅度提高效能。首先，选择合适的拓扑是提高效能的基础。当前，谐振式变换器以其零电压开通的特点，在高效率电源中得到广泛应用。然后，电源管理IC需要提供稳定的控制策略，最大限度地发挥谐振式变换器的优点。最后，随着有源功率器件的技术进步，例如英飞凌领先的COOLMOS和碳化硅二极管，可以进一步提高电源转换效率。

提高电源管理效能，一方面想要保持能量转换的综合效率，同时还希望减小设备的尺寸;另一方面是保护尺寸不变，大幅度提高效能。为此，奥地利微电子最新的产品经过特殊设计，可以极大地提高能源效率，同时降低整个电源解决方案的大小。

不断创新技术 降功耗提能效

半导体制造也是不断在开发多种创新技术，如全新的控制方法，可以省去附加的外部组件，从而也可以降低功耗。只有不断取得突破，才能保持行业发展的生命力。奥地利微电子电源产品市场经理Don Travers表示，奥地利微电子最新的产品提供独特的功率管理，可以使用户灵活地实现电源管理，从而极大地降低平均能耗，进而延长电池使用寿命。

奥地利微电子电源产品市场经理Don Travers

而素以高可靠性、卓越质量和创新性著称的英飞凌，在模拟和混合信号、射频、功率以及嵌入式控制装置领域掌握尖端技术。那么在电源管理技术中，英飞凌取得哪些突破?李冬博士娓娓道来，ICE3PCS0xG是第三代的连续电流模式功率因数校正控制IC，专门根据PC电源的要求作出优化设计。异于传统的乘法器PFC控制策略，独有的关断时间控制，可以剔除复杂的外部瞬时正弦电压采样网络。超低的-0.2V峰值电流保护门限，将电流采样电阻上的损耗降至最低。内建的数字陷波滤波器，可以确保超低的总电流谐波畸变，同时保持快速的动态响应。

还有，ICE2HS01G是第二代的LLC谐振半桥控制IC，集成了副边的同步整流驱动信号。创新的同步整流控制策略(专利申请中)，无论变换器工作频率高于或者低于谐振频率，都可以确保高效安全的工作。内建的保护功能，可以应对各种极端的故障状况，比如输出短路开机和过载。当输出空载或者轻载时候，IC会进入打嗝模态，确保输出电压稳定。

另外，800V CoolSET把控制IC和800V MOSFET封装在一起，简化外部元器件的数目和设计复杂度。800V耐压的MOSFET提供更高的电压余量和灵活的变压器设计。主动式的打嗝控制有效的降低待机功耗，满足最新的待机能耗要求。

掌握核心技术也是企业不断涌现新产品满足市场需求的重要保证。mWSaver是飞兆半导体对一系列嵌入在关键的功率适配器组件中的优化工艺和电路技术的统称，这些功率技术创新包括五种专利技术(关断时间调制、JFET HV(高压)启动电路、反馈阻抗开关、HV(高压)放电和PSR控制)，以及间歇工作模式和超低静态电流技术。所有采用mWSaver 品牌技术的产品将具有：业界最低的单位器件待机空载功耗;能够降低电阻、电容、电感和整流器等外部器件的功耗;出色的满负载额定效率;能够超越世界各地所有的无负载法规要求;通过省去附加电路和外围元器件数量来降低材料清单(BOM)成本，并集成了电压过低检测、欠压闭锁(ULVO)、过压保护(OVP)、开环保护(OLP)和过热保护(OTP)等功能。

对于电源制造商来说，mWSaver技术意味着妥协的终结，他们能够获得其客户所要求的超低待机功耗特性，同时减少组件并降低BOM成本。对于整个社会而言，这项技术在进一步降低能源损耗的迈出了重要的一步，防止不必要的自然资源的消耗，并且实现更清洁的环境。

未来PC及外设用对模拟IC的需求趋势

目前。工业笔记本电脑设计的发展趋势正在推动业界降低元器件高度，同时，功率和温升要求促使业界提高功率密度和效率。此外，服务器的设计趋势是转向更高的功率密度，从而为服务器中心提供更高的单位计算功率，以满足提高功率密度来减少运营支出的要求。飞兆半导体针对这些发展趋势所开发的产品有FDPC8011S功率级和FDMF68XX系列 DrMOS产品。

张瑞斌向记者介绍：“FDPC8011S专为更高的开关频率的应用而开发，在一个采用全Clip封装内集成1.4m SyncFETTM 技术和一个5.4m控制MOSFET、低质量因子的N沟道MOSFET，有助于减少同步降压应用中的电容数量并减小电感尺寸。该器件具有源极朝下和低侧MOSFET可以实现简单的布局和布线，提供更紧凑的线路板布局并获得最佳的散热性能。”FDPC8011S具有超过25A的输出电流，与其它普通3x3mm2 双MOSFET器件相比，输出电流容量提高了2倍。

飞兆半导体 FDMF68xx Gen III DrMOS多芯片模块(MCM)系列经设计能够降低输出感量和减少输出电容器数目，与普通分立器件解决方案相比，该系列能够节省多达50%的线路板空间，并提高效率，以期满足新能源标准要求。使用飞兆半导体的高性能PowerTrench® MOSFET技术，FDMF68xx系列能够显着减少开关振铃(switch ringing)，省去大多数降压转换器应用中使用的缓冲器电路。FDMF68xx系列配合针对刀片式服务器、高性能笔记本电脑、游戏主机和负载点(point-of-load)模块的新能源标准和系统规范，正在推动业界对更高效率、更大电流、更高开关频率以及更大功率密度的需求。

对此，李冬博士也表示，功能齐全和简单易用是PC电源管理IC的需求，也是英飞凌的产品研发方向。

电源管理技术发展方向——高转换效率、高功率密度、高可靠性、低成本

有业界人士说，电源管理集成到一个系统能显着降低成本，不仅可以提供所有电源管理功能，而且避免了相同功能的重复实现。共享资源的功能可以合并。张瑞斌指出，很多制造商喜好使用模块解决方案，因为相比分立解决方案，模块解决方案具有数项优势。首先，模块方案有助于提高系统的可靠性和效率。许多成套设备开发人员在设计功率部件和栅极驱动电路时遇到了困难，因其布局周边是非常敏感的。而模块解决方案在设计中考虑了这些因素，以期减小杂散电阻/电感并优化开关特性，这可以通过优化硅芯片安排及缩短引线粘接长度来实现。其次，模块方案能够简化成套设备的设计和制造过程。

Don Travers却不这样认为。他说：“我们在高性能应用处理器方面的经验显示，高集成度并不比专用的PMIC解决方案更具成本效率。”

任何消耗功率的电子系统均可从获益于更高的功率密度(更小的体积)和效率(更低的温度和运营成本)。飞兆半导体满足这些需求的解决方案包括： 改进半导体封装来减少降低效率的寄生现象，并提高功率密度;投资开发基础半导体技术，比如飞兆半导体的PowerTrench®工艺、SiC 和 GaN 工艺，以期提高功率效率;开发具有先进功率管理算法的高性能专用IC;在智能功率级(SPS) 和DrMOS等多芯片模块中综合利用所有上述技术，进一步提高功率效率和密度。

采用这些创新技术的市场将会遵循历史趋势——早期的采用者将成为努力树立行业设计和性能标准的先驱企业，例子包括超薄型笔记本电脑厂商、超高效服务器制造商、追求设立新的能效标准白色家电制造商，以及致力突破效率和散热限制LED照明产品制造商。

总而言之，特别是随着节能、绿色电源和电子设备必须遵守强制性能效规范，电子产品多功能化，优化成本的发展趋势，电源管理技术朝着提高转换效率，提升功率密度，高可靠性及更低成本的节能方向迈进是符合市场发展需求的。