電源及其測試的熱點與動向

摘要：通過對眾多公司的訪問，發現數字電源是增長很快的領域；功率器件的效能在提升，封裝是其創新的一個重要部分；電源模塊正面向特定的應用和客戶，提供端到端的解決方案；電源芯片向微納功耗和能量采集領域挺進；電源測試在從單臺儀器向整體解決方案轉型。本文網絡版地址：http：//www.eepw.com.cn/article/235414.htm

關鍵詞：電源；功率器件；模塊；電源管理；能量采集；測試

DOI： 10.3969/j.issn.1005-5517.2014.3.001

數字電源或將跳躍式增長

數字電源及其IC營收將在2014年上跳65%

據IHS，全球數字電源市場正在經歷爆炸式的增長，數字電源和數字功率集成電路（IC）預計2014營收增長近65%。如圖1，2014年數字電源的全球收入預計達33億美元，預計2018年將攀升到118億美元。與此同時，數字電源IC的全球收入將在2014突破6.05億美元，2018年達到31億美元。

數字電源為客戶提供了許多超過傳統模擬電源的優點，IHS電源和存儲元件分析師Jonathon Eykyn 指出，包括整體材料清單（BOM）的降低。這是通過減少分立元件的數量，減少碳足跡，提高功率密度，提供監控，優化的功率和系統，同時在運營、加快上市速度等方面得到了改進。

從通信正滲透到多個領域

臺達（Delta）電子在2013數字電源市場有最大份額，估計占10.3%的行業總收入。其次是Eltek和愛默生（Emerson），分別占有9.1%和8.8%的市場份額。

在數字電源IC市場，TI估計有9.8%。英飛凌和Powervation緊隨其后，分別獲得9.6%和8.9%的市場份額。

可見，“數字電源和數字電源IC市場仍然相當分散，沒有供應商具有主導地位，”Eykyn認為，“這意味著競爭和創新是獲取客戶的主要手段?！?/p>

盡管數字電源市場已公認擅長在服務器和電信市場，然而，IHS現在開始看到越來越多的更廣泛產品和應用，這是推動其快速增長的原因。

“數字電源在經歷了幾年的具有商機的技術開發后，已進入了快速發展期。”國際整流器公司 （IR） 亞太區銷售副總裁潘大偉也同樣認為，預計今后10年對高能效產品的關注會推動數字電源管理在DC-DC轉換器等領域的應用。為此，IR推出了高性能CHiL數字IC和分立產品（例如面向DC-DC 應用的PowIRstag多相器件）。

蘇州易能微電子科技公司是把數字電源帶入消費電子的典型。該公司是國內第一家做數字電源的企業，也是為數不多能把數字電源芯片做進消費類電子的供應商。易能微CEO吳鈺淳稱，早期數字電源主要應用在工業領域。隨著技術經歷了十多年的發展，2011年后每年都有數字電源IC的小公司被大公司并購，數字電源IC不斷挑動著資本界和傳統電源IC界的神經。

以前數字電源IC被認為具有兩個突出的缺點：功耗高，成本高。但隨著半導體制造技術的發展，已無法阻止數字電源替代模擬電源的歷史進程。以iWatt（注：已被Dialog半導體公司收購）等創新公司為代表，數字電源技術很好地應用于LED驅動和AC/ DC等典型的消費類領域。

目前典型的數字電源架構可以分為：

1. 以DSP/ARM/MCU為中心的軟件架構；

2. 以ASIC為中心的硬件架構；

3. 易能架構，軟硬件結合的架構。

“很明顯可以看出未來數字電源架構的變化趨勢。第一種架構非常靈活，但性能瓶頸、使用復雜是最被詬病的；第二種架構的靈活性較差，而電源應用千變萬化，因而無法滿足大量電源設計的需求；第三種架構無疑是未來數字電源架構的典范?！绷硗?，工業電源設計會變得出乎意料地簡單，會帶來一系列新的工業技術突破和變革。

提升效能來自于兩個方面：開關器件為代表的功率損耗、系統不必要的功率浪費。前者靠改進開關器件為主，也是各大IC廠商激烈競爭的領域。后者依靠的是對系統的管理，其重要性越發體現出來。小到一個平板中最耗電的CPU需要復雜的動態功耗管理，大到服務器系統中對于能耗的復雜管理都是傳統模擬PMIC無法解決的問題。這就是數字電源應用的大好舞臺。

事實上對于系統能耗管理早已應用了數字電源管理技術，只是一直以來沒有一家公司能真正推出一款方便強大而又靈活的PMIC，大多數是采用DSP/MCU等通用器件來處理這些復雜的問題。但DSP/MCU顯然沒有足夠的管理和處理速度來應付各種電源應用場合。易能正致力于應用全新的數字電源架構來解決這個世界性的難題，“這種能耗減少的貢獻遠勝于建一個三峽水電站?！?/p>

功率器件：效率在提升，封裝是重要創新

英飛凌電源管理及多元化市場部經理肖輝：目前看來，功率半導體器件的整體市場將持續增長，效率和功率密度將是衡量系統解決方案的重要因素。智能手機、平板電腦、消費電子和智能家居市場的崛起，對于解決方案的功率密度和便攜性要求月來越高。為滿足能效社會的需求，光伏發電、風力發電、新能源汽車等行業需求仍將強勁，服務器電源、通信電源、筆記本電腦等傳統市場對于系統效率的要求也越來越高。半導體技術方面，現有硅半導體器件的持續創新，比如降低導通阻抗，減小開關損耗，封裝技術的創新，可以實現系統效率和功率密度的提升。此外，寬禁帶半導體技術，如SiC和GaN半導體市場的發展也值得關注。

封裝

安森美半導體亞太區電源管理部市場推廣經理蔣家亮：從封裝技術的角度來說，為了配合智能手機、平板電腦、通信、計算機等應用對減小方案尺寸的需求，安森美等供應商在不斷推動微封裝及功率密集型封裝，例如安森美SO8F、μ8FL、PhaseFET、雙MOSFET封裝等，其中，增強散熱性能的SO8FL（從頂部及底部冷卻）的散熱性能優于競爭對手50%。

系統典型應用的端到端大功率電源解決方案

SynQor中國區經理袁文?。焊吖β拭芏纫笫请娫丛O計的一個關鍵性挑戰。目前，電源技術正朝向更小尺寸、更大功率、更高功率密度發展。同時，也需要基于電源技術和經驗，根據客戶的實際應用，為客戶提供端到端的系統級解決方案。

SynQor一直立足于傳統標準的工業封裝磚型模塊的研發和生產，而且現在已經逐步擴展到為客戶提供系統級的端到端的解決方案。以往客戶需要自己搭建模塊外圍線路，由于他們不是電源專家，可能要去翻閱很多資料，尋求很多幫助。而我們能夠根據對模塊電源的專業知識，為客戶提供有針對性的系統解決方案，可大大提升客戶推出新品的效率，并幫助完善穩定性和可靠性。

燃料電池解決方案是SynQor從去年開始關注的目標市場。目前燃料電池多用于通訊設備、基站的備份電池組。這種新型的燃料電池里面填充氫氣等氣體，使電池組體積變小，重量也大大降低。SynQor針對該目標市場，推出了1/8磚、1/4磚和1/2磚系列的高壓非隔離產品。此類產品特點是輸入和輸出范圍都極寬，例如1/2磚產品輸入范圍可達9～90V伏，輸出0～90V。之所以需要這么寬的電壓范圍，因為燃料電池從滿充到放電完成的過程中，由于燃料電池的內阻和大電流放電的存在，其輸出電壓會有很大幅度的跌落。因此SynQor提供的這種標準化、寬輸入調節的大功率模塊，可以幫助解決這種問題，大大簡化了客戶的系統設計和實際應用。而且，非隔離架構使得這款產品的轉換效率非常高，可達96%或97%以上。這也和目前倡導的高效節能的綠色能源理念相契合。

同時，配合電池充放電回路的應用，SynQor的模塊還帶有電壓和電流監控功能。當蓄電池沒電的時候，其充電電流非常大；而當快要充滿時，則可以調整輸出電流，減少功耗。

芯片實現微納功耗

ADI公司電源管理部門市場工程師張潔萍：我們可以通過新的控制技術降低靜態功耗，降低輕載功耗；通過器件集成的特性提升整體工作效率，如電源器件通過檢測系統的工作狀態動態調節輸出電壓來達到效率優化的目的；在功率器件方面通過工藝改進來提高效率。各種所做的提升均為節能環保理念做出應有的努力。

電源管理方面，傳統的開關電源工作時需要至少1mA的靜態電流，但是ADI將要發布的若干開關電源產品實現了nA級的靜態電流，這在控制方式上和器件選型上均做了優化。

A D I已推出了一系列主打低功耗的產品和解決方案，例如，ADuM144x可謂功耗很低的數字隔離器；還有ADXL362，是微功耗、3軸、±2 g/±4 g/±8 g數字輸出MEMS加速度計；AD9249和AD9681是新款14位模數轉換器，以最小尺寸提供最低功耗；AD8232為單導聯心率監護模擬前端；還有基于電化學傳感器的ADI微功耗有毒氣體檢測解決方案。

TI推出了五款超低功耗電源芯片，支持新一輪能量采集設計。五款產品可高效提取和管理從光源、熱源或機械能源采集的微瓦 （mW） 至毫瓦（mW） 級電源。該 bq25570、bq25505、TPS62740、TPS62737 與 TPS62736 支持業界最低工作靜態電流，可為無線傳感器網絡、監控系統、可穿戴式醫療設備、移動附件等難以獲得供電的應用實現無電池工作。

對傳統的LDO技術來說，支持 2節干電池輸入（最低2V）和1 . 8 V M C U內核電壓是個挑戰。過去，普通LDO最低輸入電壓僅為2.5V，壓差400mV。為此，英聯開發出了一款LDO （UM375），可支持2V輸入和MCU內核電壓1.8V輸出，這也意味著能有效轉換90%的能量延長電池壽命。