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电源管理设计趋势探讨 免费猫

发布时间:2020-02-17 12:20:43 阅读: 来源:跳线机厂家

电源管理设计趋势探讨

随着半导体终端产品朝向轻薄短小、数字化和整合多功能三大趋势发展,模拟领域的电源管理IC的地位可说是越来越重要,成绩亦显得非常亮眼,在市场一片繁荣之下,电源管理的设计趋势也值得关注,对此,业内领先的电源管理芯片供应商从不同层面阐述了各自的一些技术观点以及相应的解决方案。

白光LED驱动成为设计重点

便携式产品为LCD显示器提供背光的光源是系统之中耗电量最大的部分,其耗电量是显示器所获电量的十倍以上。背光源功率越大,便携式设备的LCD能够发出的光更强,由于功率限制日趋苛刻,所以并不能一味地追求高亮度输出,因此功耗较低的白光LED仍然是最受青睐的选择。

目前,众多厂商正在开发结构更加紧凑、背光效率更高的白光LED驱动电路。美国国家半导体公司便携式系统电源管理产品部副总裁 Peter

Henry 指出,由于移动电话继续朝着多功能智能化的方向发展,因此预计发光二极管驱动器的需求量会持续增加。例如,目前普通的移动电话一般只采用 2 至 4 颗发光二极管驱动器。但功能更加丰富的双屏照相手机需要7到9颗发光二极管驱动器,才可满足灯光方面的要求。

NS新近推出的LP3936 灯管理单元共有三组可以各自独立控制的驱动器。一组是主驱动器,负责驱动 4 个发光二极管,主要为尺寸不超过 2.5 英寸的显示器提供背光;而另一组则是辅助驱动器,负责驱动2个发光二极管,主要为副显示器或小键盘提供背光;另外还有一组负责提供装饰灯或闪光灯的发光二极管驱动器。

此外,新一代的OLED显示器在便携式设备中的应用也开始逐步升温,电源IC供应商正在努力扩展这方面的白光LED驱动器。Sipex公司电源管理产品技术市场部经理李子俊称,2.2英寸全彩PMOLED已经量产,在彩屏需求量大增的手机市场中逐渐展露头角。因为PMOLED的入门门槛较AMOLED低,在今天的市场中崛起也较快,Sipex己推出SP6690/91系列数款驱动芯片供客户选择。

一般来说,PMOLED根据屏幕尺寸大小, 所需要的驱动电压亦有所不同。例如1英寸全彩PMOLED所需的电压约在+11V左右,在手机应用上,由于锂电池标准电压在+2.7V至+4.2V之间,这时就需要一颗升压IC作电压转换来驱动此类OLED。

至于AMOLED的技术门槛较高,因此要设计符合特性,又能使面板图像均匀呈现的驱动IC相当不容易,加上面对良品率稳定且价格持续下滑的主流TFT LCD面板的竞争,未来的市场前景还不算明朗。

LCD TV带来新的需求

随着LCD面板成本的进一步下降及其性能的进一步提高,LCD的另一个新兴应用——LCD TV也进入家庭,市场的需求正在稳步攀升。LCD TV制造商正越来越多地依靠电源管理领域的创新,以此作为在市场中独树一帜的关键因素。

TI公司系统电源管理业务应用工程师Steve Mappus表示,LCD TV对电源管理的依赖程度很高,需要诸如 AC 功率因数校正、隔离式电源转换、非隔离式负载点电源转换以及各种层次的电源监控、排序和监控保护等电路。对于当前的LCD TV设计而言,需要使用传统的模拟电源控制 IC,以及带有一个或更多执行监控功能的微控制器。

TI在该领域的电源产品布局完善,300 W 至 400 W 的电源系统(大多数 40 英寸的LCD TV均属于此类系统)使用转换式功率因素校正控制器(如UCC28050/1)来提高 AC 线路电压,使之经调节后达到极高的电压 DC 输出。如果随后再加上有源钳位 PWM 控制器(如UCC2894),那么LCD TV电源系统的总体效率就能得到优化,因为一系列定义明确的功能针对功率因素校正级实现了零电流交换,并针对隔离式 DC/DC 级实现了零电压交换。对于低电压的非绝缘负载点转换而言,TI 推出了各种带有集成 MOSFET的 DC/DC 转换器,如 TI 的 SWIFT DC/DC 系列或 TPS6xxx 系列低压转换器。

专门针对数控电源系统的开发,TI 近期推出了UCD7K、UCD8K 以及 UCD9K 系列Fusion Digital Power数字电源产品,功能相当于几块高速模拟控制 IC 之和,微控制器与 LCD 背光显示器驱动信号统一进入同一个基于 DSP 的控制器。随着LCD TV对电源管理的要求变得日益复杂,数字电源解决方案今后将更具吸引力。不过,Steve Mappus也指出,数字电源在液晶电视中的普及速度将取决于LCD TV制造商与电源管理半导体制造商之间合作的密切程度。就数字电源本身来说,由于单一的尺度并不能适合所有类型的设备,因此数字电源的推广将取决于各方能否完全了解彼此的具体需求。

趋向高度集成化

电源管理技术的发展趋势是在更小的硅芯片上集成更多功能特性,同时以更高的设计灵活性实现更强的系统用电性能,而不会增加成本。NS中国区总经理李乾强调:板级空间非常有限的便携式应用更是如此,多个单一功能的电源管理器件组合的方法会渐渐不可行,取而代之的可能是类似PMU(电源管理单元)的芯片。

举例来说,NS的多功能电源管理单元LP3970内置了11个低压降低噪音的线性稳压器,其中8颗负责驱动数字负载,而另外3颗负责驱动模拟负载,另外LP3970还有2个电感式DC/DC降压稳压器、1个后备电池充电器及4个通用输出,可为应用处理器提供稳压供电。通过I2C接口,应用处理器可以对LP3970进行数字控制,根据负载情况动态调节电源电压来节省功耗。

Maxim公司推出了MAX8621Y/MAX8621Z电源管理IC,器件内部集成了2个降压型DC/DC转换器、4个LDO、1个复位定时器和1个驱动器,占位面积只有16mm2。如果采用7个分立SOT23封装元件实现同样的功能,则需占用75mm2的电路板面积。

降低能耗势在必行

为满足节能以及环保的需求,针对不同应用与不同的功耗范围,全球许多政府及能源机构的各种新的能耗标准也纷纷出台。与此同时,更加严格的规范也在制定之中。降低能耗成为一项无法回避的重要议题,同时对电源管理也提出了更高的要求。

令人鼓舞的是已经有许多新产品可以在降低能耗方面发挥作用。飞兆半导体公司高功率产品部副总裁Taehoon Kim介绍说,家电能源消耗通常约占总体能源消耗的20%,而电机是家电能耗的主要来源。低功率家电市场中,高压无刷直流电机(BLDC)正取代单相交流感应电机,不仅效率从低于50%提升到90%,而且也减小了人耳可听见的噪声和振动。

通常功率小于100W的白色家电电机需要使用分立的MOSFET晶体管和半桥集成电路,以及滤除噪声元件,占位面积大且可靠性和成本均不具优势。飞兆半导体开发出了更为有效的智能功率模块(SPM),其中刚刚推出的智能运动功率模块(Motion-SPM)(FSB50325\FSB50250H和FSB50450)是多芯片模块,包括六个快速恢复MOSFET晶体管(FRFET)及三个半桥高压集成电路(HVIC)。针对白色家电中的BLDC电机,这种模块可以节省60%的能耗成本。

对于开关式电源,降低待机能耗显得非常重要。安森美半导体公司近年来在这方面做了很多努力,公司市场应用高级工程师于辉表示,安森美的绝大多数PWM控制芯片都具有待机功能。芯片本身可以通过检测电路工作状态,在空载或轻载情况下自动实现待机功能。为进一步降低待机能耗,从系统设计角度考虑,安森美还推出了极低待机能耗的PWM控制芯片NCP1230/1, 该系列产品可在轻载/空载时关断功率因数校正(PFC),消除了一个功率环节,降低了整个系统待机能耗,该产品适用于笔记本电脑、显示器等适配器电源。

特别值得一提的是今年一季度推出的适用于适配器、含PFC级的高效率、超低待机能耗电源方案NCP1603。该芯片内置非连续电流型PFC控制芯片NCP1601和电流型PWM控制芯片NCP1230,将PFC和PWM芯片集成于一体,充分结合两种芯片的优点,避免了两段设计常见的频率同步问题并在轻载/空载情况下关断PFC段,实现了超低待机能耗。

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