Linear 解讀電源管理趨勢

電源作為電子產(chǎn)品的心臟，其性能直接關(guān)系到產(chǎn)品的壽命和品質(zhì)。近年來，數(shù)字電源系統(tǒng)管理的優(yōu)勢在通信、計算機等領(lǐng)域凸顯出來；無線充電技術(shù)不僅在消費電子領(lǐng)域備受期待，在工業(yè)、醫(yī)療、軍事方面也大有潛力；汽車中的電子產(chǎn)品數(shù)量持續(xù)增加，給電源管理提出了更高的要求。。。近日，關(guān)于電源管理市場現(xiàn)狀以及未來發(fā)展， 21ic記者采訪了 Linear產(chǎn)品市場總監(jiān) Tony Armstrong，他為我們對一些行業(yè)發(fā)展問題作出了精彩的解答，以下是采訪實錄：

數(shù)字電源系統(tǒng)管理有望使下一代環(huán)保電子系統(tǒng)實現(xiàn)更高性能和更低能耗

貴公司對2015年上半年的電源管理市場怎么看? 對下半年的情況又有何預(yù)期?

答：2015 年上半年我們已經(jīng)看到的一個主要趨勢是，通信和計算機行業(yè)繼續(xù)采用數(shù)字電源系統(tǒng)管理 (PSM) 技術(shù)。而且，如果數(shù)字電源得到正確使用，就可以降低設(shè)備功耗、縮短產(chǎn)品上市時間、提供卓越的穩(wěn)定性和瞬態(tài)響應(yīng)并提高系統(tǒng)總體可靠性。

通信和計算設(shè)備的系統(tǒng)設(shè)計師正被迫提高其系統(tǒng)的數(shù)據(jù)吞吐量和性能，也在被迫增加功能和特性。與此同時，他們也面臨著降低系統(tǒng)總體功耗的壓力。例如，一個典型的挑戰(zhàn)便是通過重新安排工作流程，將作業(yè)轉(zhuǎn)移到未充分利用的服務(wù)器上，從而允許其他服務(wù)器關(guān)機，以此降低總體功耗。為了滿足這些需求，知道最終用戶設(shè)備的功耗是至關(guān)重要的。一個設(shè)計得當?shù)臄?shù)字電源管理系統(tǒng)能為用戶提供功耗數(shù)據(jù)，從而允許智能地做出能量管理決策。

凌力爾特開發(fā)了一個不斷成長的 PSM 產(chǎn)品線，其包括具集成型功率 FET 柵極驅(qū)動器和豐富齊全之電源管理功能 (通過基于 I2C 的 PMBus 來使用) 的同步降壓型 DC/DC 控制器。這些功能包括高精度基準和可提供 ±0.5% DC 準確度的溫度補償型模擬電流模式控制環(huán)路、經(jīng)過校準以不受工作條件之影響的簡易型補償、逐周期電流限制、快速和準確的均流以及針對線路電壓和負載瞬變的響應(yīng)，并不存在任何與 ADC 量化相關(guān)聯(lián)的誤差，此類誤差是采用“數(shù)字”控制之產(chǎn)品中所常見的。該產(chǎn)品線的某些產(chǎn)品還內(nèi)置了可提供輸入和輸出電壓及電流、占空比和溫度之數(shù)字回讀的 16 位數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。另外，還整合了通過一個中斷標記及一個“黑匣子”記錄器 (其負責存儲發(fā)生某種故障之前的轉(zhuǎn)換器工作狀況) 實現(xiàn)的故障記錄功能。最后，多電源軌系統(tǒng)的開發(fā)工作借助凌力爾特的 LTpowerPlay™ 開發(fā)軟件和 GUI 界面得到了簡化。

最后，在進入 2015 年下半年之際，我們將繼續(xù)投資 PSM 產(chǎn)品，同時每年推出面向這一領(lǐng)域的新產(chǎn)品。對我們而言，顯而易見的是，數(shù)字電源系統(tǒng)管理有望使下一代環(huán)保電子系統(tǒng)實現(xiàn)更高性能和更低能耗。盡管最初的應(yīng)用在高端企業(yè)計算系統(tǒng)領(lǐng)域，但是有明顯的跡象表明，PSM 正在進入其他很多市場，包括工業(yè)和醫(yī)療系統(tǒng)市場。

DHC技術(shù) 解決了所有無線功率系統(tǒng)的基本問題

快速充電取代無線充電成為今年的熱門概念，貴公司在這方面的計劃如何?

答：凌力爾特公司始終關(guān)注新的市場機會，無線功率傳輸確實是新機會之一。面向手機、媒體播放器等移動設(shè)備的無線電池充電市場已經(jīng)確立，不過Qi 標準涵蓋了這類無線電池充電技術(shù)。凌力爾特不是專注于這一面向消費者的主流無線功率傳輸應(yīng)用，而是專注于工業(yè)、醫(yī)療和軍事應(yīng)用，后面這類應(yīng)用的要求嚴格得多。

我們的無線功率傳輸電池充電 IC LTC4120 完全不兼容 Qi 標準，相反，該解決方案是專為滿足高可靠性應(yīng)用的需要而設(shè)計的。LTC4120 利用了PowerbyProxi的底層技術(shù)和無線電源架構(gòu)，以使基于 LTC4120 的系統(tǒng)能夠在更長的功率傳輸距離上運作并擁有更大的偏差容限。這是以很高的效率實現(xiàn)的，因此接收器并未遭受熱問題。此外，大多數(shù)工業(yè)、軍事和醫(yī)療應(yīng)用并不愿意與消費類產(chǎn)品具有互操作性。

作為一個旁注，這里解釋一下 PowerbyProxi 的技術(shù)。LTC4120 中嵌入了 PowerbyProxi 已獲專利的動態(tài)調(diào)諧控制 (DHC) 微調(diào)技術(shù)，與其他無線功率解決方案相比，提供了顯著優(yōu)勢。為了響應(yīng)環(huán)境和負載變化，DHC 動態(tài)改變接收器的諧振頻率。DHC 實現(xiàn)了更高的功率傳輸效率，從而允許使用尺寸更小的接收器，并產(chǎn)生可忽略不計的電磁干擾，甚至允許更長的傳輸范圍。與其他無線功率傳輸技術(shù)不同，DHC 允許通過感應(yīng)電場進行內(nèi)在功率值管理，從而無需單獨的通信通道來驗證接收器或在電池充電周期管理負載需求變化。

換一種說法，DHC 解決了所有無線功率系統(tǒng)的基本問題。每個系統(tǒng)都必須設(shè)計成在給定最長傳輸距離上接收一定量的功率。每個系統(tǒng)還必須設(shè)計成在最短傳輸距離上可承受無負載情況而不被損壞。其他解決方案用復(fù)雜的數(shù)字通信系統(tǒng)解決這個問題，這會增加了復(fù)雜性和成本，限制了功率傳輸距離?；? LTC4120 的無線功率系統(tǒng)用 PowerbyProxi 的 DHC 技術(shù)解決了這個問題。

盡管凌力爾特公司目前不提供面向無線功率傳輸?shù)陌l(fā)送器 IC，但是我們以后也許會提供，這并非是無法想象之事。但我們的應(yīng)用指南 (Application Note 138) 中也針對怎樣構(gòu)建自己的發(fā)送器線圈和電子組件提供了相應(yīng)信息。

汽車電子產(chǎn)品增加 汽車電源市場有望穩(wěn)步增長

在汽車應(yīng)用中，電源管理技術(shù)今年有什么突破?

答：汽車市場是凌力爾特公司很重視的最終市場之一。上一財年，我們在這一市場的總體銷售收入已經(jīng)增長了 19%，并持續(xù)以高于公司總體增長的速度增長。汽車行業(yè)的大部分創(chuàng)新和差異化來自汽車電子產(chǎn)品。由于需要提高行車安全、燃料效率和舒適度，因此呈現(xiàn)了巨大商機?；旌蟿恿腿妱有推嚨募ぴ鰧⒎€(wěn)步驅(qū)動對創(chuàng)新性模擬產(chǎn)品的需求。除了越來越多的汽車電子產(chǎn)品，潛在的汽車市場也有望穩(wěn)步增長，從 2010 年到 2015 年，年增長率約為 6%。

汽車電子系統(tǒng)中有許多應(yīng)用需要持續(xù)供電，即使在車輛處于停泊狀態(tài)時也不例外，例如：遙控車門開關(guān)、安全、甚至個人信息娛樂系統(tǒng)，其通常包括導(dǎo)航、 GPS 定位和緊急呼叫功能。也許很難理解為什么這些系統(tǒng)即使在車輛不行駛時也必須保持導(dǎo)通狀態(tài)，但是，出于應(yīng)急和安全目的，此類系統(tǒng)的 GPS 部分必須是“始終保持接通”。這是一項必需滿足的要求，這樣在需要時候就能夠由外部操作人員進行初步控制。

這類應(yīng)用的關(guān)鍵要求是低靜態(tài)電流，以延長電池壽命。自 2001 年以來，凌力爾特公司一直生產(chǎn)備用靜態(tài)電流低于 100mA 的開關(guān)穩(wěn)壓器，目前處于開發(fā)中的某些新產(chǎn)品將使這一數(shù)字降至低于 2mA。因此，這些產(chǎn)品已經(jīng)為得到中國汽車電子產(chǎn)品制造商的采用而做好了充分準備。

無論每年銷售多少輛汽車，汽車中的電子產(chǎn)品數(shù)量都將繼續(xù)增加。而且，對混合動力和全電動型汽車的大力推廣也在進一步推動這一市場的發(fā)展。隨著將電池作為電源這種做法日益普及，相應(yīng)地也需要最大限度延長電池的使用壽命。電池容量失衡 (即電池組的每節(jié)電池之充電狀態(tài)失配) 在大型鋰離子電池組中是個問題，這個問題是由制造工藝、工作條件、電池老化等方面所導(dǎo)致。失衡可能降低電池組的總體容量，并有可能損壞電池組。失衡使電池無法跟隨從充電狀態(tài)到放電狀態(tài)的過程，如果未得到嚴密監(jiān)視，可能導(dǎo)致電池過度充電或過度放電，這將永久性地損壞電池。

混合動力汽車和電動汽車電池組中所使用的電池被電池制造商按照容量和內(nèi)阻進行了分類，以減小發(fā)送給客戶的某一給定批次中電池間的差異。車輛電池組隨后采用謹慎挑選的電池來制作，以改善電池組中各節(jié)電池之間的總體匹配。從理論上說，這將防止在電池組中產(chǎn)生大量的不平衡，但即便如此，人們還是一致認為：在制作大型電池組時需要采用電池監(jiān)察和電池平衡功能電路，以在電池組的使用期限內(nèi)保持很高的電池容量。凌力爾特的新型電池管理系統(tǒng) (BMS) 產(chǎn)品系列在此領(lǐng)域中大受歡迎，而且目前是已投產(chǎn)和上路行駛的汽車中唯一使用的 BMS 產(chǎn)品。

總之，凌力爾特公司很好地根據(jù)市場需求設(shè)計了產(chǎn)品，以向這類汽車電子系統(tǒng)制造商提供經(jīng)濟實惠的解決方案。顯然，為汽車電子系統(tǒng)生產(chǎn)電源轉(zhuǎn)換 IC 的制造商在中國市場的增長潛力是很大的。

數(shù)字電源芯片可降低成本、加快產(chǎn)品上市進程，未來前景廣闊

數(shù)字電源芯片的占比在增大，未來的發(fā)展情況會如何?

答：我們認為，凌力爾特獲取成功的一個關(guān)鍵要素是：不斷地開發(fā)與當今諸多市場區(qū)段中出現(xiàn)且從傳統(tǒng)模擬電源轉(zhuǎn)換電路向數(shù)字電源系統(tǒng)管理解決方案持續(xù)遷移之趨勢密切一致的產(chǎn)品，部分相關(guān)內(nèi)容已在針對問題一所做的回答中進行了討論。使用一根標準串行數(shù)字總線 (如 I2C) 可實現(xiàn)與具數(shù)字特性的 DC/DC 轉(zhuǎn)換器的簡單和有效通信，而且，諸如PMBus等新興標準有利于實現(xiàn)組件的互操作性。重要的穩(wěn)壓器參數(shù) (包括啟動特性和定時、輸出電壓和電流限值、裕度規(guī)格、以及過壓和欠壓監(jiān)控限值) 均可直接進行數(shù)字編程，而無需使用電阻器以及占用空間的排序和監(jiān)測產(chǎn)品來設(shè)定。此外，還可對諸如溫度、輸入和輸出電壓及電流等關(guān)鍵工作參數(shù)實施例行的監(jiān)視，并利用它們來優(yōu)化系統(tǒng)性能和可靠性。

而且，數(shù)字 PSM 的一個主要優(yōu)勢是可降低設(shè)計成本并加快產(chǎn)品上市進程。采用一種具有直觀圖形界面 (GUI) 的綜合開發(fā)環(huán)境，即可以高效地開發(fā)復(fù)雜的多電壓軌系統(tǒng)。另外，此類系統(tǒng)還可利用GUI 而不是在“白色導(dǎo)線”固定點上進行焊接來實現(xiàn)更改，從而簡化了在線測試 (ICT) 和電路板調(diào)試工作。另一個益處是，由于有實時遙測數(shù)據(jù)可用，因此有可能預(yù)測電源系統(tǒng)的故障，并采取預(yù)防性措施。也許最重要的是，具數(shù)字管理功能的 DC/DC轉(zhuǎn)換器允許設(shè)計師開發(fā)“綠色”電源系統(tǒng)，這種系統(tǒng)可滿足目標性能要求 (計算速度、數(shù)據(jù)速率等) 且在負載點、電路板、機架甚至安裝級上的能量消耗極少，從而降低了基礎(chǔ)設(shè)施成本和產(chǎn)品整個壽命期的總擁有成本。

制造業(yè)轉(zhuǎn)型時期工業(yè)自動化仍然是提高效率、節(jié)省費用的關(guān)鍵驅(qū)動力

中國的制造業(yè)面臨著一些問題，電源管理技術(shù)在幫助制造業(yè)轉(zhuǎn)型的過程中能發(fā)揮什么作用? 貴公司在中國市場的策略是怎樣的?

答：在以制造業(yè)為主導(dǎo)的經(jīng)濟中，工業(yè)自動化仍然是提高效率、節(jié)省費用的關(guān)鍵驅(qū)動力。例如，就能源和資源利用效率而言，可持續(xù)性仍然是全球制造業(yè)取得成功的關(guān)鍵因素。在流程制造業(yè)和離散制造業(yè)，人們?nèi)找骊P(guān)注采用高能效解決方案，這也將促進制造業(yè)采用可持續(xù)的生產(chǎn)方式。例如，在電動機市場，通過 IE3 類能效要求體現(xiàn)的能效問題將主導(dǎo)業(yè)務(wù)發(fā)展。(這個分類來自歐洲新的超高效率行業(yè)標準或美國 (EISA) 的Nema Premium，這視額定功率不同于 2015 年 1 月或 2017 年開始適用。) 類似地，廢水處理和處理泵將主導(dǎo)全球傳統(tǒng)水泵市場的發(fā)展。

未來的工廠將在云計算、網(wǎng)絡(luò)安全以及移動和無線通信技術(shù)的促進下發(fā)展。相應(yīng)地，對更高生產(chǎn)率和更高效率的需求也將促使企業(yè)在工廠車間和涵蓋所有最終用戶的企業(yè)之間實現(xiàn)更深入的互動。資產(chǎn)管理和靈活的制造業(yè)也將促進具活力的工廠集成，而且在工業(yè)應(yīng)用中，自動化和定制服務(wù)解決方案也將有很大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

數(shù)字與模擬結(jié)合!優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品、優(yōu)秀團隊都重要

貴公司在中國市場的策略是怎樣的?

答：在模擬市場，僅擁有富有吸引力的產(chǎn)品已經(jīng)不夠了，隨著產(chǎn)品變得越來越復(fù)雜，模擬與數(shù)字功能的混合導(dǎo)致需要同時提供軟件和應(yīng)用支持。因此，擁有一支具豐富經(jīng)驗的全球現(xiàn)場應(yīng)用工程團隊是取得成功的先決條件。在中國的工業(yè)及汽車市場上，這一點尤其必要。這類市場上的產(chǎn)品都是復(fù)雜系統(tǒng)，可能在全球多個地點設(shè)計和制造。凌力爾特是為數(shù)不多的、能夠提供一致的客戶應(yīng)用工程支持的模擬供應(yīng)商之一，從設(shè)計、制造到銷售支持的各個環(huán)節(jié)均與全球各地保持著緊密聯(lián)系。

總結(jié)

通過以上解讀，我們發(fā)現(xiàn)數(shù)字電源大有超越模擬電源成為市場主角的趨勢，其能夠降低成本并加快產(chǎn)品上市進程的優(yōu)勢受到廠商的青睞。而在汽車電子領(lǐng)域，持續(xù)增加的汽車電子產(chǎn)品對電源的需求和要求都日益上漲，尤其是電動汽車和混動汽車，大型電池組對電池管理有了更為嚴格的要求。當下，強大的競爭優(yōu)勢不僅僅靠優(yōu)秀的產(chǎn)品，模擬與數(shù)字功能的混合導(dǎo)致需要同時提供軟件和應(yīng)用支持，擁有一支具豐富經(jīng)驗的全球現(xiàn)場應(yīng)用工程團隊成為先決條件。