電源作為電子產品的心臟，其性能直接關系到產品的壽命和品質。在即將過去的2016年中，無論是在通信、計算機行業(yè)還是工業(yè)、醫(yī)療、軍事方面，無處不在的電源設備見證了其發(fā)展的潛力。加之物聯網的大勢所向，生活中將會出現越來越多的電子設備，而這都給電源管理提出了更高的要求。面對這些挑戰(zhàn)，電源向數字化、模塊化、智能化方向發(fā)展已是必然之勢。
電源抱緊數字化就是抓住了魔法界的嗅嗅
萬物都處在數字化的時代，電源也不可免俗，也因此電源在數字化的道路上漸行漸遠。據調研機構IHS公司旗下IMS Research的報告，預計2017年全球數字電源市場營業(yè)收入將增至124億美元，數字電源IC市場將達到26億美元。數字電源市場以服務器和通信設備應用為主導，同時拓展至更多應用領域。
為實現電源性能指標所必需的元件數量和成本也隨之增加，越來越多的控制需要通過具有成本效益的數字電路實現。一般認為，在設計DC/DC變換器時，通常100W以上的系統(tǒng)中會應用數字控制技術;而在設計AC/DC變換器時，250W以上的系統(tǒng)會應用數字技術，這樣電源的經濟性會更高一些。因此，在未來的電源系統(tǒng)中，模擬與數字技術將共存相當一段時間。30年前，電源行業(yè)轉向開關電源是一個很大的變化，而電源數字化趨勢將會是一個更大的變化。但就目前來看，電源的數字化改進主要有兩種方式。
一種是單芯片控制器方案。通過外接A/D轉換芯片進行取樣，取樣后對得到的數據進行運算處理，再把結果通過D/A轉換后傳送到PWM芯片，從而實現單芯片控制器對開關電源的控制。這種方案的技術目前已經比較成熟，設計方法容易掌握，而且對單芯片控制器的要求不高，成本比較低。但是整套電路用到多個芯片，電路比較復雜;且經過A/D和D/A轉換等步驟，會造成比較大的信號延遲，進而影響電源的動態(tài)性能和穩(wěn)壓精度。有些單芯片控制器整合了PWM輸出，但一般單芯片控制器的運行頻率有限，無法產生足夠高的頻率和精度的PWM輸出信號。
另外一種是通過高性能數字芯片(如 DSP或MCU)對電源實現直接控制的方案。數字芯片完成信號采樣、處理和PWM輸出等工作。由于數字PWM輸出的信號功率不足以驅動開關管，一般還需通過一個驅動芯片驅動開關管，即數字控制器與功率級之間的接口由MOSFET驅動器提供。由于這些數字芯片有較高的取樣速度(DSP片內的AD轉換器完成一 次A/D轉換只需數百納秒，相較之下，一般8位MCU控制器要數微秒之久)和指令周期，輸出的PWM信號的分辨率僅數百皮秒，過流檢測和關閉電源僅須數十納秒，可以快速有效的實現各種復雜的控制算法，使設計具備較高的動態(tài)性能和穩(wěn)壓精度。此外，在微處理器的支持下添加RS232/485、USB、以太網等擴展通信手段也非常方便。數字控制的電源產品能夠實現大部分數字電源的功能需求，但如果不添加一些額外部件，還實現不了全部功能需求。
目前以DSP為主要處理單元的數字電源芯片廠商，如TI等公司都在優(yōu)化其作為數字電源核心的DSP的結構，同時努力降低成本，并改善開發(fā)手段以幫助開發(fā)人員輕松地如期完成開發(fā)。除了DSP的方案，有的廠商提供基于MCU如Silicon Labs公司或狀態(tài)機如Zilker公司的方案。MCU長于控制，而狀態(tài)機的優(yōu)點是低功耗。鑒于DSP和MCU兩種方案各有長處，現在有的廠商如 SiliconLabs公司、Microchip公司開始將硬件DSP和輔助MCU同時集成入芯片中，使系統(tǒng)性能最優(yōu)，效率已經可以與模擬電源相媲美。加之無線充電的熱潮，也讓一眾類似安森美、ST等IC廠商置身其中，爭搶數字化無線充電技術的大蛋糕。
電源模塊化究竟是不是噱頭?
模塊化是開關電源發(fā)展的總體趨勢，可以采用模塊化電源組成分布式電源系統(tǒng)，可以設計成N1冗余電源系統(tǒng)，并實現并聯方式的容量擴展。針對開關電源運行噪聲大這一缺點，若單獨追求高頻化其噪聲也必將隨著增大，而采用部分諧振轉換電路技術，在理論上即可實現高頻化又可降低噪聲，但部分諧振轉換技術的實際應用仍存在著技術問題。實現模塊化之后，電源無論從安裝角度，還是從利用率角度都得到了非常大的提升。尤其是在走線方面，模塊化電源表現出了非常強的適應性，其走線的方便曾經被視為“背板走線”技術發(fā)展的重要推動力量。
在我國模塊電源研發(fā)生產公司大概有上百家甚至幾百家，主要是以小型企業(yè)和私營企業(yè)為主，整體來說競爭力不是很大，行業(yè)集中較低，在電源市場能夠排名進入前10的開關電源廠家市場的占有率也是不到60%的，而且大多數的都是我們熟知的國際品牌，國內的品牌較少。特別是在中低端的模塊電源市場來看，這個行業(yè)基本表現的是完全的競爭現狀。在高端的電源市場，受對應的技術、工藝等方面的制約，市場集中度很高，市場的份額也就被領先的國際品牌公司所占據。作為中國企業(yè)，要想中低端市場保持有力競爭，或進軍高端市場與國際品牌刮分市場份額，是每一個業(yè)界人士都關注的課題。
智能化電源離我們還有多遠?
智能電源管理芯片可以將其他若干電源分立器件整合在一起節(jié)省空間，還可以通過電源路徑管理、動態(tài)電壓調整等智能化控制，實現更高的系統(tǒng)整體轉換效率和更低的系統(tǒng)動態(tài)功耗，延長了智能終端的電池續(xù)航時間，因此在智能終端等消費電子產品領域得到廣泛運用。在智能電源管理芯片領域，市場主要由美歐企業(yè)主導，能夠涉足該領域的國內企業(yè)較少。
從數據通信等小規(guī)模市場到消費電子等大規(guī)模市場，電源呈現數字化趨勢。簡單來講，智能電源所要實現的就是，用更簡便設計集成更多的功能。高性能全數字控制IC是目前智能化電源管理領域的發(fā)展趨勢，有靈活、快速響應、高集成度以及高度可控的巨大優(yōu)勢。
類似于智能汽車上所用到的電源管理芯片，將是智能化電源得以應用的具體表現。如同今年9月份，瑞薩以32.2億美金的價格收購芯片制造商intersil，著力發(fā)展車用芯片。至此瑞薩完成收購Intersil后，其市占率超越英飛凌、挑戰(zhàn)恩智浦。相信隨著物聯網的發(fā)展，在不遠的將來智能化電源管理將不僅僅在汽車市場中爆發(fā)，工業(yè)、智能家居、消費電子等領域也存在著智能化電源的潛力。
對于電源行業(yè)的發(fā)展，您有什么新鮮的看法吶，此文僅作拋磚引玉之用~
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