節能:有條件的自我救贖

如果說好萊塢的《2012》帶給大家的不過是一次心理上的恐懼沖擊，那么之前一部由美國前副總統戈爾參演的電影《后天》則是真真切切反映了一個正在發生的社會問題，這個問題又因為去年底北極冰原快速融化而變得越來越嚴肅和嚴酷。抑制全球變暖，伴隨去年“碳排放”這個名詞政治化而變成了許多國家不得不執行的政治任務，而2012年歐盟開始對其領空的“碳排放”收費則加速了這個問題國際化的步伐。

減少碳排放，又不能阻礙電子化信息生活對更多電力供給的需求，那么僅有的兩個方式是開源和節流，開源是利用更多清潔能源，而節流則是提升能源效率以實現節能。在開源技術遲遲無法取得重大突破的前提下，如果說在2012年哪個技術是最不可能受經濟低迷拖累的，節能技術首當其沖。

拯救地球和人類生存的環境，節能勢在必行，但對于個體消費者而言，說服他們為節能技術埋單并不是一個容易推進的任務。畢竟，消費者更關注的是用戶體驗和實際使用成本，如果一個新的節能技術帶來的是比之前糟糕的用戶體驗或者高昂得多的用戶整體實際支出，那么消費者會表現得極為不配合。縱然有政府的行政命令，依然無法讓消費者快速接受節能技術，從而實現拯救地球的目的。

一個典型的例子是電動汽車的緩慢普及。盡管政府為此提供各種經濟上的補貼和便利條件，但相比于傳統汽車，電動汽車在駕駛的便捷性和駕駛感受上還是存在不小的差距，這恰恰是阻礙其推廣的最根本原因，而無關乎政府推行的力度大小。一個有趣的話題是從理論上說，石油發電再到充電再到電動機驅動的整體效率目前還趕不上成熟的汽油發動機的能源轉換效率。但對于以煤電為主的中國，電動汽車存在一定的推廣價值。

目前，節能的核心是提升能效，提升能效的根本在于半導體技術的變革。畢竟，在不增加過多成本和損失用戶體驗的基礎上提升能效，革新半導體產品是最簡潔的辦法，這是半導體特別是功率半導體和電源管理技術面臨的機遇和挑戰。

綠色、環保、節能一直是這幾年電源動力系統技術創新的重點。隨著綠色技術在各行業的不斷滲透，新的行業標準也在推動產品升級。照明、電信、智能電網、智能家電等領域同樣具有巨大的增長空間，也是電源廠商重點關注的方向。節能主要體現在電源產品本身的節能和整體機房節能，而“綠色”主要體現在提高整機效率、減少對電網的干擾以及節省空間、節約成本等方面。另外，模塊化電源、網絡化電源等也是目前的關注焦點。模塊化電源，除了能提高電源供應的可靠性，企業自身還可根據用電負載選配模塊。因此，廠商們如果想要在激烈的市場競爭中保持甚至提高市場占有率，持續技術和產品創新是重中之重。

整體發展趨勢

回首2011年，盡管受消費支出減緩及今年3月日本強震導致供應鏈中斷等影響，功率和電源管理半導體市場成長速度將較預期放緩，但整體而言未來五年的功率和電源管理半導體市場營收仍可望以7.2％的年平均成長率成長(數據來自iSuppli報告)，其主體發展趨勢很大程度上來自利用半導體技術來改善電能傳輸和分配以及開發新的可再生能源(如風能和太陽能)方面。新型電源和功率半導體器件將不斷出現；新材料，新技術不斷得到發展和應用；體積小型化，組裝模塊化，功能系統化趨勢明顯。同時，電源和功率半導體在汽車電子領域也有著越來越廣泛的使用，從電動工具到交通工具，可以看成是電源和功率半導體產品應用的一個新興趨勢。

最普遍的功率應用是轉換、管理和分配。這些應用的基本子系統包括AC-DC、DC-DC和DC-AC，所有三種子系統的主要發展推動力量是采用性能更高的開關和控制電路。發展趨勢是在系統加入更多的功率電子內容，以便提供各種功能如更便捷的顯示(用于消費電子產品的LED顯示)、通信(聯網)，以及系統監控和保護。為了迎合系統發展趨勢，功率半導體供應商正在推出具有高能效水平、高集成度的器件。

安森美半導體電源及便攜產品全球銷售及營銷高級總監鄭兆雄歸納，未來電源和功率半導體產品的市場需求和主要發展趨勢包括提升能效、降低能耗、提高集成度、提升系統可靠性、減小電路板占位面積及提供更寬廣范圍的微型封裝選擇等，不僅符合日趨嚴格的電源能效規范標準要求以更節能，也滿足不同終端應用所需。他特別舉例，諸如點火系統、后視攝像頭模塊、儀表板等多種汽車應用都要求極低靜態電流的低壓降(LDO)線性穩壓器。

ADI公司電源管理部門市場工程師張潔萍直言，市場對逆變器的重視程度倍增，對各種新產品的需求也將增長，包括在智能電表、電站更新換代、太陽能和風力發電廠與傳輸設備以及超高壓輸電線路方面的應用。另外，歐美在實行中的新標準將要求新能源設備，特別是太陽能光伏逆變設備，需要更高的轉換效率、更長的使用壽命、更寬的實用溫度范圍及并網設備的更高的EMC要求，從安全的考慮，控制器及逆變器都需要完全的隔離技術：這些具體的要求也催生并推動了相應產業的發展，特別是一些新型的半導體器件，對于長壽命、高溫度范圍的隔離器件，提高電流、電壓檢測精度的器件，及低成本的控制器的需求都有較大的增長。

富士通半導體(上海)有限公司市場部高級經理王韻則認為，高耐壓、多通道、高集成度、數字控制等是今后的趨勢。為了實現復雜的輸出控制，在電源產品當中會更多地集成數字接口、存儲器和數字控制模塊。所以可以發現，越來越多的電源芯片廠商開始強化數字方面的能力，包括通過直接兼并和收購一些做單片機的廠商。

Microchip模擬和接口產品部產品營銷經理Stephen Stella坦言功率半導體領域目前有不少值得關注的發展勢頭，一直以來持續成為熱點的仍然是集成。在大多數基本電源轉換功能實現集成之后，人們正在嘗試將更高級的功能和特性融入到電源系統乃至功率半導體IC中。這些高級功能包括板上診斷、智能、應用性能增強算法以及用戶可配置性。這會對應用和產品開發周期產生廣泛的影響。而這一嘗試正處于萌芽階段，因此提供的機遇層出不窮。他強調功率器件是這一切的推動因素，是連接關鍵系統組件的重要紐帶。功率器件企業及其客戶面臨的挑戰是如何提供和部署合適的功率器件，來支持高效且靈活的電源架構。盡管強勢方法(需要自定義過程開發和芯片設計)可提供最優的解決方案，但顯而易見的是，大多數應用無法做到經濟高效。對于對成本無嚴格控制的應用，優化程度不高的可配置產品無疑是更具成本效益的解決方案，同時可將效率最大化。隨著器件制造商不斷提高產品的可配置性，器件制造商與客戶將實現雙贏。

飛兆半導體韓國功率轉換部門副總裁趙東輝認為，在功率分立器件方面，MOSFET正在從平面技術轉向Super Tunction(電荷平衡)技術，以期改善導通狀態電阻率(Rds(on))并實現快速開關。至于IGBT技術，則應用溝槽技術來減小片上橫向隔離結構的尺寸，有助于減小芯片面積，同時保持性能。據報道，功率分立器件供應商幾乎達到了基底材料和硅材料的極限。因而，新材料半導體器件預計將會替代傳統的硅半導體器件。

明顯地，寬帶隙(WBG)半導體器件如SiC和GaN開關正在涌現，這些器件采用高成本效益的工藝技術來達到規模經濟效益，從而保障大批量生產率。大規模推出WBG半導體的速度取決于市場的需求。市場對高效率、高密度和高溫度應用器件的需求不斷增長，推動功率半導體供應商以較預期更快的速度投入WBG半導體產品的競爭之中。

過去，功率半導體是作為單獨的功率分立器件來開發的，有MOSFET、IGBT、二極管和功率控制器。但是，BCD工藝技術的開發，以及各種便攜設備的推出，引導功率半導體供應商開發具有低成本和小占位面積的單芯片解決方案。自2000年以來，功率半導體器件領域一直是通過開發ASIC和ASSP功率管理IC來滿足不同的市場需求。

提升能源轉換效率

最直接有效的節能手段就是利用盡可能高的能源轉換效率來驅動電子設備。所以，提升能源轉換效率是半導體對節能科技最直接的貢獻，從最初的80％到目前已經要求接近90％轉換效率的能源之星標準越來越嚴格，對電源產品的設計和整體系統設計提出全新的要求。

安森美半導體鄭兆雄總結提升能效的市場需求認為，需要結合采用更高能效的電源IC、功率器件和／或電機／電機驅動方案，以系統途徑來提升電源產品能效。不僅要提升電源工作效率，又要改善功率因數，降低待機模式及輕載模式下的能耗。例如，由于通過電源的總電能中約有75％是在工作模式下消耗的，故提升電源在工作模式下的能效及降低損耗至關重要。而提升開關電源工作能效的一種有效技術是次級同步整流。此外，系統設計人員也面對不停減少電子設備電量消耗的挑戰。消費類自家電如空調、洗衣機及冰箱等也正采用更高能效的變速電機來節能，“智能家電”的出現結合高能效電機的應用，將能耗降至最低。這相應地推動了白家電電源、通信及用戶接口方案采用更多電子及半導體成分的商機。

德州儀器大中華區銷售與市場總經理、中國總裁謝兵則表示，利用先進技術降低能源消耗是TI重點關注的領域。TI提供領先的DSP、微控制器(MCU)、模擬和電源管理解決方案，致力于提高能源使用效率，將現有能源的消耗降到最低。例如：TI提供的行動和視頻感應裝置可以自動控制建筑物中空調和照明系統的開啟：利用TI先進的便攜電源管理技術，單電池的使用壽命可以超過20年：混合動力車中的電池管理器件顯著提高了車輛的行駛里程和供電系統壽命：TI的先進馬達控制和電源管理設備使工業應用和家用電器的能效有了顯著的提高。

ADI張潔萍從工藝角度分析認為，功率器件工藝的改進是提高效率的關鍵；從系統角度出發，符合系統應用及工作狀態的控制方式極大地提高了系統效率。控制器件通過檢測系統的工作狀態，動態地調節輸出電壓來達到效率優化的目的。隨著系統容量的不斷擴充及空間的考量，電源的通道數有所增加，控制器件通過檢測輸出功率，調節輸出通道的開通與關斷來達到提升系統效率的目的。

照明的節能改造是最快速、最輕松的節省能源、降低成本的途徑之一。LED光源市場預計年復合增長率達到22％，其市場規模在2014年將達到80億美元。而這僅僅涵蓋LED普通照明應用，并不包括其他非常大的LED市場領域，比如移動設備、交通燈、標識系統、液晶電視和計算機背光照明等。然而，在所有照明應用中，成本是一個主要因素。LED驅動解決方案必須盡可能便宜，同時提供應用所需的性能水平。

國際整流器公司亞太區銷售副總裁潘大偉還特別指出，利用變頻電機的空調和洗衣機等家電產品的不斷普及。不過，電子控制單元的設計十分復雜，涉及數字、模擬和功率級。與此同時，針對大容量家電市場，設計人員必須以相對較低的成本實現高性能，他們希望獲得具有小巧外形和高集成度的組件，以簡化生產。譬如，iMOTION這樣的集成設計平臺，就是一種優化的系統結構，將專有高壓IC與數字、模擬和功率模塊，以及家電產品中面向無傳感器電機控制的數字控制算法結合在一起。

被忽略的盲點

盡管電源管理對新式電子系統的可靠工作至關重要，但是，凌力爾特電源產品部產品市場總監TonyArmstrong認為，在今天的系統中，穩壓器也許是最后一個仍然存在的、沒有辦法直接配置或監視關鍵電源系統工作參數的“盲點”。因此，電源設計師一直被迫使用混雜在一起的一堆排序器、微控制器和電壓監察器來設定基本的穩壓器啟動和安全功能。數字可編程的DC／DC轉換器已經使用很多年了、尤其是在具有VID輸出電壓控制的VRM核心電源中。但是直接從穩壓器監視工作狀態信息的能力，尤其是監視實時電流的能力，仍然一直缺失。

另一方面，諸如I²C等標準串行數字總線的使用使進出數字DC／DC轉換器的通信能簡單、高效率地進行，而且PMBus等新出現的標準為組件實現互操作性提供了方便。包括啟動特性和定時、輸出電壓和電流限制、裕度控制規格、以及過壓和欠壓監察在內的重要穩壓器參數都能直接以數字方式設定，從而取代了用電阻器和占用大量空間的排序及監視產品進行設定的方法。此外，諸如溫度、輸入和輸出電壓及電流等關鍵工作參數可以非常容易地監視，并可用來優化系統性能和可靠性。

Tony Armstrong指出，數字電源系統管理的一個主要好處是降低了設計成本，加快了產品上市。利用一種具直觀式圖形用戶界面(GUI)的全面開發環境，可以高效率地開發復雜的多軌系統。這類系統還能通過GUI而不是通過焊接在“白色導線”定位點中實現更改，因此簡化了電路內測試(ICT)和電路板調試。另一個好處是由于提供了實時遙測數據，所以有可能預測電源系統故障，并采取預防性措施。也許最重要的是，具有數字管理功能的DC／DC轉換器使設計師能開發“綠色”電源系統，這類系統能在負載點、電路板、機架甚至系統安裝級以最低能耗滿足目標性能要求(計算速度、數據傳輸速率等)，從而在產品的壽命期內，降低了基礎設施成本和總體擁有成本。

便攜產品的挑戰

手持消費電子產品現在越來越邁向各種電子設備中為耗電量第一大戶，現在的便攜式產品集成的功能越來越多，產品性能越來越高，彩色LCD屏幕尺寸越來越大，而消費者對產品外形及體積要求更輕更薄，同時還要兼具更長的續航時間。這些日益增長的需求為便攜式移動設備的電源管理系統帶來嚴峻的挑戰：電池能量密度的提高速度遠遠跟不上復雜度不斷提高的便攜式設備的功耗要求。此外，對于手持類消費電子產品，待機功耗是一個重要指標。像手機、平板電腦等產品，大多數時間都處于待機狀態，如何節省待機狀態下的功耗將會影響產品的續航能力。

富士通半導體王韻預計電源管理(PMU)自身的待機功耗將在2年內降到現有的1／10－1／20。在效率方面，富士通在電源管理產品中加入了智能控制，能通過核心器件的控制對電源系統進行動態的管理，使系統的能耗始終處于高效率低功耗的狀態。特別是在手機應用中，隨著智能手機的大屏化和處理器性能提升，智能機已經很難像以前功能機一樣實現超長待機。一般來說應用處理器(AP)中每個核需要電流1A左右。4核手機的話，就需要高達4A的電流支持。這對于手機上的PMU來說，就需要考慮在保證高效率的前提下、如何實現大電流供電和降低芯片面積將會非常關鍵。

王韻還強調，未來的便攜設備中的電源產品要往開源節流的方向發展，一方面對系統電源進行快速多樣的補充，比如使用快充的方式給電池充電，或太陽能動能等輔助充電：另一方面想辦法減少系統功耗，比如使用動態智能控制，減少不必要的消耗。這樣一來，對于便攜式設備的應用，怎樣提高系統性能的同時又保證芯片的面積將是電源產品發展的一大難點。

凌力爾特Tony Armstrong詳細分析了這個市場的需求，便攜式電源應用市場廣泛且多樣化。產品包括平均消耗微瓦級功率的無線傳感器節點、配備數百瓦／時電池組且放置在小推車上的醫療或數據采集系統等。不過，盡管種類很多，但還是有幾種共同的趨勢，即設計師不斷需要產品提供更大的功率，以支持越來越多的功能，并需要用任何可用電源給電池充電。第一個趨勢需要增大電池的容量。不幸的是，用戶常常不耐煩等太長時間，因此要提高容量，電池就必須在合理的時間內充完電，這就導致充電電流增大。第二個趨勢需要電池充電解決方案提供非常大的靈活性。

考慮一下新式手持設備，面向消費者的設備和工業設備可能包括蜂窩手機調制解調器、Wi-Fi模塊、藍牙模塊、大型背光照明顯示器……這個組件清單還可以包括很多內容。很多手持式設備的電源架構與蜂窩手機類似。一般情況下，將一個3.7V鋰離子電池作為主電源使用，因為這類電池有較高的單位重量(Wh／kg)和單位體積(Wh／m3)能量密度。過去，很多大功率設備使用7.4V鋰離子電池，以降低電流要求，但是低價5V電源管理IC面世以后，越來越多的手持式設備轉向了電壓較低的架構。平板電腦很好地說明了這一點，一個典型的平板電腦包括各種重要功能和非常大(就便攜式設備而言)的顯示屏。當用3.7V電池供電時，容量必須達到數千毫安-時。為了在幾個小時內給這樣的電池充完電，需要數千毫安的充電電流。

不過，問題還不僅限于大的充電電流，如果沒有大電流交流適配器可用，那么消費者還想用USB端口給大功率設備充電。為了滿足這種需求，當交流適配器可用時，電池充電器必須能以大電流(>2A)充電，同時仍然能高效率地利用USB端口提供的2.5W至4.5W功率。此外，產品需要保護敏感下游低壓組件免受可能的損壞及導致過壓事件，并將大電流從USB輸入、交流適配器或電池無縫地引導到負載，同時最大限度地降低功耗。這為電池IC制造商創造了絕好的機會，使他們有機會開發可安全地管理電池充電算法并監視關鍵系統參數的IC。

安森美半導體鄭兆雄則指出，電源技術仍在不斷地發展之中，不斷地提升能效、提高可靠性及減小尺寸等，那些同時能夠滿足設計人員更多設計目標的產品及技術，就更能受到設計人員的青睞，也更有能力改變電源市場格局。便攜電子設備設計人員須滿足消費者對更多功能、更長電池使用時間、更薄更輕外形的需求。智能手機及平板電腦極重視能效及功率密度，因此須創新型新方案以配合復雜的使用需求。此外，這些產品的出現也推動由傳統計算機鍵盤及鼠標接口模式邁向新的觸摸及語音接口模式。這就為帶手勢識別的先進多點觸摸接口產品及直覺型語音接口帶來了商機。安森美半導體的高能效電源及接口方案、寬廣陣容的保護器件及先進的微封裝方案符合未來便攜設備的需求。

ADI張潔萍認為，便攜式移動設備的電源管理系統應致力于以下幾個方面：第一，電源管理系統中最根本的問題：如何提高電源效率。第二，平衡效率與尺寸。提高頻率可以使用較小的電感，這樣可以有效的減少PCB面積。但提高頻率的同時，也會降低系統的效率，所以在工作頻率和PCB面積間需要找到一個合理的平衡點。第三，RF和音頻線路則要求電源管理系統具有更低的噪音和更高的隔離。

由于設計人員和技術人員正在將硅性能推向物理極限，所以，進一步提高性能變得更為復雜，并且成本高昂。在某些情況下，以更小能耗實現更高功率密度，同時減小系統尺寸、復雜程度，并降低成本，需要采用新技術或者新材料制造組件。IR公司潘大偉介紹，IR基于CaN(氮化鎵)的功率器件技術平臺就是一個很好的例子，將引領電源設計走向新的高能效時代。與先進的硅基技術平臺相比、基于GaN的功率器件技術平臺——GaNpowIR，將能使關鍵應用的優值系數(FOM)提高10倍。IR將能提供的一些重大優勢包括，通過專為大批量生產而設計的流程將能確保業界領先的質量、供貨保證和成本結構。

迎接挑戰

電源技術仍在不斷地發展之中，不斷地提升能效、提高可靠性及減小尺寸等，那些同時能夠滿足設計人員更多設計目標的產品及技術，就更能受到設計人員的青睞，也更有能力改變電源市場格局。

鄭兆雄認為，要提升電源工作效率，一個重要手段是降低PFC段的功率損耗，故采用高能效的PFC控制技術至關重要。而在一些對外形因數有嚴格要求的應用中，如纖薄型液晶電視或筆記本適配器等，更對PFC控制器及外部元器件高度有著嚴格要求。在這些應用中，可以采用交錯式PFC技術來幫助滿足設計要求。所謂交錯式PFC，是在原本單個較大功率PFC段的地方并行放置2個功率為其一半的較小功率PFC段來替代。這兩個功率較小的PFC段以180°的相移交替工作，總輸入電流(IL(tot))和輸出電流(ID(tot))紋波都將大幅降低。交錯式PFC更易于設計、便于采取模塊化途徑、散熱更好，且支持使用尺寸更小的外部元器件，從而利于纖薄設計。安森美半導體不僅推出采用2顆NCP1601控制器的分立式交錯PFC方案，更推出了單芯片2相交錯式PFC控制器NCP1631，替代2顆NCP1601，驅動2個PFC支路，提供接近1的高功率因數。NCP1631可以實現同樣的低高度設計，適合任何需要PFC的脫機式應用，尤其是纖薄平板電視。

張潔萍指出，隨著3G技術的迅猛發展，金融、電信網絡的新一代基站和數據中心的建設，也對電源動力系統提出了更高的要求。與此同時，3G技術通信網絡大規模普及，集中度越來越高，數據量傳輸量越來越大，這就要求電源廠商必須加大對創新技術的投入，提高產品的高效節能性能，并通過推出高附加值的產品或解決方案來為用戶節約投資成本，同時保障運行的穩定性和高效性，才能充分保障用戶體驗。

飛兆半導體鄭東輝介紹該公司的策略一直是追求功率密度領導地位，為此飛兆半導體發表了一種新的功率專用封裝技術Dual Cool，以滿足電子產品設計對更高效熱管理的不斷攀升的嚴苛要求。該技術通過在封裝頂部增加一個散熱塊，在垂直MOSFET裸片結構的漏極和源極形成一條直接散熱路徑。利用這種結構，除了到印制電路板的直接傳導路徑之外，還能利用一個散熱系統在封裝頂部實現額外的冷卻。

最近，為了提升效率和控制性能，許多馬達控制應用已經采用了逆變器解決方案。即便在家用電器領域，BLDC逆變器解決方案正在普及。不過，關鍵問題是如何提高這些解決方案的成本效益和可靠性，許多功率器件供應商針對這一市場推出分立器件或模塊解決方案。

制造商喜好使用模塊解決方案，因為相比分立解決方案，模塊解決方案具有數項優勢。首先，模塊方案有助于提高系統的可靠性和效率。許多成套設備開發人員在設計功率部件和柵極驅動電路時遇到了困難，因其布局周邊是非常敏感的。而模塊解決方案在設計中考慮了這些因素，以期減小雜散電阻／電感并優化開關特性，這可以通過優化硅晶片安排及縮短引線粘接長度來實現。其次，模塊方案能夠簡化成套設備的設計和制造過程。最近，瞄準家用電器的低成本模塊產品集成了某些不可缺少的外設，如Bootstrap二極管和NTC熱敏電阻，以及具有較低熱阻的隔離基底材料，能夠簡化裝配過程并提高散熱性能。

另一個設計挑戰來自于汽車節能領域，無論每年銷售多少輛汽車，汽車中的電子產品都將持續增加?；旌闲图叭妱有推嚨牟粩嗤茝V將進一步推動這個市場的發展。在這個市場上，凌力爾特的電池管理系統(BMS)產品系列被普遍接受，而且是目前處于生產中和路上行駛的汽車采用的惟一BMS產品。

針對汽車電池系統，英飛凌的主動平衡解決方案是針對鋰電充放電進行主動均衡處理的智能型方案，并在海外申請了專利。該方案采用特制變壓器來將電池單體中的能量轉移到電池包中，或者在各個電池包中轉移，可以幫助提高能源效率，減少電池單體不一致而產生的問題，并將電池使用時間提高至少10％，對降低整個電池系統的成本起到極大作用。目前，該方案已被福田汽車所采用。福田汽車將首先在多款電池管理系統(BMS)中采用英飛凌的這款方案，優化電池管理系統軟、硬件。這也是英飛凌公司首次將該技術應用于商用車領域。

而新能源汽車的馬達驅動有別于一般的通用變頻器是牽引應用，它的工作氣候環境比較惡劣，負載大小隨著啟動，加速，減速而不斷變化，這對模塊的壽命和可靠性有很大影響。英飛凌認為需要采用高可靠性的模塊工藝，以提高芯片的功率端子之間聯接線及襯底與基板承受熱疲勞的能力，其第四代IGBT功率周次提高了四倍，PrimePACKTM和EconoDUALTM3等模塊溫度周次比工業級大電流模塊IHM提高了四到五倍。

Tony Armstrong直言，凌力爾特2008年推出了LTC6802，該IC能對電動型汽車的動力傳動系統需要的大型高壓電池組進行準確的監視。這個電池監視IC將數據采集任務縮小到單個器件中，能支持長串電池。結果是，與過去的分立式解決方案相比，極大地提高了性能、成本效益和空間利用率。這個完整的電池測量IC包括一個12位ADC、一個精確電壓基準、一個高壓輸入多路轉換器和一個串行接口。每個LTC6802都能測量由多達12節電池串聯組成的電池組中的單個電池，該器件的專有設計允許多個LTC6802串聯疊置而無需光耦合器或隔離器，從而允許在一長串串聯連接的電池組中精確地監視每節電池的電壓。在2008年，凌力爾特還推出了LTC6802的伴隨器件LTC6801，從而為這類高壓電池組提供了冗余監視。經過3年的生產以及通過汽車在路上行駛對設計進行的驗證、凌力爾特最近推出了第二代電池監視IC LTC6803。憑借在汽車行業積累的真實經驗，該第二代IC具有更高的抗噪性能、可與更廣泛的電池兼容、功耗更低、以及為安全／可靠工作提供了廣泛自測試功能。

新能源應用

全球能源需求量的增長已經遠遠高于傳統能源的供應，加快低碳經濟發展已經成為全球的共識。太陽能是目前市面上最具前景的再生能源之一。而且，由于政府的積極推動政策，加上傳統電能的成本不斷攀升，越來越多家庭開始轉為使用太陽能，在自己的屋頂上安裝光伏系統。太陽能電池、LED照明等替代能源應用成為半導體市場的熱點。

能源效率將依然是一個關鍵的推動力，而照明的節能改造是最快速、最輕松的節省能源、降低成本的途徑之一。LED光源市場預計年復合增長率達到22％，其市場規模在2014年將達到80億美元。而這僅僅涵蓋LED普通照明應用，并不包括其他非常大的LED市場領域，比如移動設備、交通燈、標識系統、液晶電視和計算機背光照明等。然而，在所有照明應用中，成本是一個主要因素。LED驅動解決方案必須盡可能便宜，同時提供應用所需的性能水平。國際整流器公司的潘大偉介紹，IR最近推出高壓降壓穩壓器控制IC，用于LED燈泡替換、LED燈管照明和其他非隔離式LED驅動應用。IRS2980是高壓LEDrivIR IC系列的首款產品，額定電壓為600V，利用滯環電流模式，進行精確的電流調節。這款LED降壓驅動器具有低邊MOSFET驅動以及高壓內部穩壓和高邊電流感測功能。該轉換器兼容電子PWM調光，電流控制范圍為0％-100％。

TI謝兵介紹，近年來，TI投資建設了兩個與替代能源相關的實驗室：LED照明實驗室(LED Lighting Lab)和太陽能系統實驗室(Solar Energy Systems Lab)。這兩個實驗室充分利用了TI在模擬、嵌入式領域不同產品線的技術和人才優勢，并與客戶緊密合作完成系統架構和芯片級的IP設計，產品定義，應用指南等創新突破的開發。就太陽能領域來說，太陽能逆變器在很大程度上依靠模擬和嵌入式處理技術的發展來提高效率、增加系統安全性，降低安裝和維護成本。目前，TI的MCU在太陽能逆變器市場已經占據了35％的市場份額。TI在太陽能系統上的研發覆蓋從毫瓦級到千瓦級的太陽能系統?，F在TI正在研究的太陽能系統優化方案，在太陽能板上集成DC／DC轉換器，并在室內和便攜式太陽能系統中使用最大功率點跟蹤技術。

隨著人們能源意識的增強以及不可再生能源的不斷消耗，世界各國更加關注太陽能等可再生的清潔能源。鄭兆雄介紹，安森美半導體身為應用于高能效電子產品的首要高性能硅方案供應商，同樣關注太陽能等應用領域，提供應用于太陽能板及電源逆變器的豐富的電源管理芯片及外部元器件，如電源管理(IGBT／MOSFET驅動器、DC-DC轉換器、PWM轉換器)、分立器件、功率分立器件(整流器、IGBT、超極結高壓MOSFET)、微控制器及電力線通信(PLC)調制解調器等。安森美半導體的優勢在于擁有電源管理領域的深厚專知和技術，并提供應用于太陽能的全面的電源管理芯片及分立器件產品線，以及PLC調制解調器等產品，配合太陽能作為分布式電源接入智能電網后的智能電表等應用。

作為新能源技術的領導者，英飛凌認為，從風電來看，提高單機功率是個趨勢，尤其離岸和潮汐帶的風力資源決定需要大功率風機，以提高資源利用率。這就需要更大電流、更高電壓的功率半導體器件，主要是高壓大電流的IGBT模塊和功率組件Stack。對于太陽能發電，功率器件的效率更重要，他們在不斷發展中，如構槽柵場終止技術FieldStop IGBT、HighSpeed3 IGBT、CoolMOS，碳化硅二極管SiC在高能效的太陽能逆變器有出色的表現。而新能源汽車的馬達驅動有別于一般的通用變頻器是牽引應用，它的工作氣候環境比較惡劣，負載大小隨著啟動，加速，減速而不斷變化，這對模塊的壽命和可靠性有很大影響。這就需要采用高可靠性的模塊工藝，以提高芯片的功率端子之間聯接線及襯底與基板承受熱疲勞的能力。

當然，新能源解決方案，并不僅僅局限于自然界的清潔能源，能量收集這個全新的節能概念現在已經成為現實。

Microchip高級單品級架構部資深產品營銷經理Jason Tollefson認為未來機遇主要存在于電表、太陽能逆變器和能量采集這三個領域。新型電表需要允許本地發電設備與電網連接，并且必須是智能電表，能夠跟蹤發電量、為多費率計價提供精確時間，并將這些數據傳送到公共事業公司。實施高效太陽能逆變器可以限制與直流一交流轉換相關的損耗，單片機通常在提高其效率方面能發揮重要作用。最終，企業會設法向無線傳感器網絡遷移。能量采集和超低功耗電子設備使部署無電池解決方案成為可能，從而推動這一轉變進程。

對于新能源技術來說，富士通半導體王韻也承認，能量轉換和回收技術非常重要。如何利用室內燈光給電池充電?如何將走路時產生的震動能量回收回來?富士通半導體早在多年前就開始針對能量轉換和回收技術進行研究和技術積累。已經開始在超低照度能量轉換、震動能量轉換方面做產品開發。將在年內推出相關的芯片產品。

關于能量收集技術，凌力爾特公司已經將其付諸現實，Tony Armstrong介紹，能量收集的概念已經問世10多年了。不過，在真實環境中實現的環境能源供電系統一直笨重、復雜且昂貴。然而，也有一些市場成功地采用了能量收集方法，包括交通基礎設施、無線醫療設備、輪胎壓力檢測和樓宇自動化。尤其是在樓宇自動化系統中，諸如占位傳感器、恒溫器甚至電燈開關等產品，已經去掉了通常與安裝這些產品有關的電源或控制線，并轉而使用了本地的能量收集系統。

采用能量收集技術的無線網絡可以在大樓中將任何數量的傳感器連接到—起，以在整幢大樓或某些房間未使用時，通過調節溫度或關掉非必要區域的電燈，以降低HVAC及電力成本。此外，與布設長長的電源線或更換電池所需的日常維護相比，能量收集電子產品的成本常常更低，因此，采用能量收集供電方法，顯然有經濟益處。

不過，如果每個節點都需要自己的外部電源，那么無線傳感器網絡的很多優點就都失去了。盡管事實上，不斷發展的電源管理方法已經使電子電路能在給定電源情況下工作更長時間，但是這種工作時間的延長仍然受到限制，而能量收集電源則提供了一種能起補充作用的方法。因此，能量收集通過將本地環境能源轉換成可用電能，而成為一種給無線傳感器節點供電或者補充無線傳感器節點的方法。

目前，所有無線傳感器節點都能在幾百μW至幾十mW的功率范圍內工作，因此用非傳統電源為無線傳感器節點供電是可行的。這已經導致了能量收集電源的使用，這類電源在使用電池不方便、不實際、昂貴或危險的系統中，為給電池充電、補充或取代電池而供電。顯然，如果電池更換周期可以從兩年延長至5到7年，那么將能顯著地節省維護費用。

最新和現成有售的能量收集產品，例如振動能量收集產品和室內光伏電池，在典型工作條件下，可產生mW量級的功率。盡管這個量級的功率也許看起來用處有限，但多年來收集組件的工作可能意味著，無論從能量提供還是從每能量單位的價格上看，能量收集產品與壽命很長的主電池的作用大致相似。此外，采用能量收集的系統在電量耗盡后，一般能再充電，而由主電池供電的系統則不可能做到這一點。