[第六届电源技术专题研讨会演讲纪实] 移动式电源

　　时光如梭，又到了我们《今日电子》电源研讨会召开的时候。去年研讨会的场景仿佛还在历历在目，今年的会议却早已如约而至。此次研讨会是我们举办过规模最大的研讨会，会场遍及北京、深圳、上海、成都和西安五地，到场听众接近两千人，而进行演讲和厂商、专家和演讲内容也大大多于往届。现在，就让我们看看这届研讨会有什么精彩的内容。
　　
　　飞奔的电源管理技术
　　
　　电源管理是近年来半导体技术中最为活跃的领域，各个模拟器件厂家都在上面做足了文章。德州仪器公司(TI)是半导体行业的领头企业，有源钳位电源技术是他们此次的演讲主题之一。TI的UCC289X系列就适用于有源箝位正激或反激变换，可对延时提供简单编程，从而使原边的MOSFET器件具有零电压开关(ZVS)功能，降低变换器的开关损耗。交错式PFC控制技术是TI的另一个演讲主题。TI为大家介绍了单芯片交错转换模式功率因数校正控制电路UCC28060。这款面向75～800W应用的芯片极大地简化了电源系统设计，并能满足全球消费类电子系统最严格的功率因数要求。因为采用了NaturalInterleaving技术，UCC28060显著地减少了输入输出电流纹波。而其具有的相位管理功能使用户仅打开为负载供电对应的电源相位，将轻负载条件下的效率提高了5％。
　　数码相机、手机和GPS等便携设备对芯片的效率、响应速度、可靠性、小型化和低电压大电流等特性的要求越来越高。富士通微电子公司(Fujitsu)的演讲题目就是“便携手持设备的电源管理IC技术趋势”。其面向摄相机应用的MB39A122和专为笔记本电脑设计的MB3887就满足了上述需求。此外，Fujitsu公司还提供面向便携应用的众多器件，包括直流电转换器、电压侦测器、电池充电器和电源开关IC。这些芯片都是通过Bi-CMOS工艺制造的，具有耗电低、精确度高、效能高、多频道等特点。
　　当下，在单个干电池供电的无线鼠标、键盘、太阳能电池供电的音频播放器和燃料电池供电的手机等许多应用中，都要为超低输入电压设计升压电路。精工技术有限公司(SII)就分别以0.9V输入电压升压、从0.8V输入电压升压和从0.5V输入电压升压三种情况为例介绍了如何为超低输入电压设计升压电路，并介绍了如何解决最大占空比MaxDuty的问题、开关器件的驱动问题以及升压电路的启动问题。其高倍率升压IC S-8337B的MaxDuty可达到94％，而升压启动IC S-882Z更是能在0.3V工作的芯片。这两颗芯片都和SII的其他产品一样，具备低消耗电流、低工作电压和封装尺寸小等特性。
　　安森美半导体公司是老牌的电源IC公司，他们的演讲主题是“反激式次级同步整流控制器”。虽然这是一种常见的电源拓扑，但安森美的产品却有自己的独特之处。其控制器NCP4302能工作于非连续传导模式(DCM)、连续传导模式(CCM)或准谐振(QR)反激式应用中，CCM模式下能够连接至外部信号，实现真正次级零电流检测。此外，NCP4302还增加了控制和逻辑，使控制器免受寄生效应影响；增加了能够通过外部编程来消除寄生振铃的最小关断时间(toff)。
　　意法半导体公司(ST)是半导体行业的重量级选手，其演讲也分两个部分，分别介绍了PoE(以太网供电)方案和多模PWM控制器L6566。其中，wirePOwEred系列产品，就是针对PoE中受电设备的解决方案。该系列中的PM8800，完全符合802.3af规范，能面向需要30W功率的以太网供电应用，如VoIP电话、WLAN接入点等。L6566是一款多种模式PWM控制器，具有重负载下的QR模式、轻负载下的ValleySkipping模式和无负载下的Burst模式。它有两个版本：L6566A用于带PFC前端的开关电源，L6566B用于单级开关电源。目前，ST已提供L6566的DEMO板EVAL6566B-60W，稍后还将提供带L6566B的单级PFC DEMO板。
　　瑞萨科技(Renesas)公司从便携设备、服务器应用和AC/DC应用几方面介绍了其电源管理解决方案。瑞萨的多通道DC/DC芯片能提供内置外部元件、高速切换、高频率、快速响应和高稳定性、大电流驱动，以及丰富的保护功能；而其电池充电IC则具有尺寸小、设计简单、性能高和成本低等优点。他们的PFC芯片、PWM和DC/DC控制器是面向AC/DC应用设计的。以可实现间插操作的临界导通模式PFC控制芯片R2A201 12为例，它就能实现数字家电等产品的电源单元PFC电路。并且，R2A20112还可以减少外部器件数量，有助于实现小型、超薄、低噪声和高效率的电源单元。
　　随着液晶电池的普及，液晶电视的背光驱动也就成为了业界的热门话题。恩智浦半导体公司(NXP)也带来了自己的解决方案，即采用高压逆变器来点亮CCFL灯和创新型LED背光驱动方案。NXP的UBA207x系列就是高压逆变器，采用定频工作，灯电流由占空比来控制；具有定频相移控制功能，可以同步多个Inverter到一个单一的工作频率；支持两种调光模式：模拟及数字调光。而针对后一种方案，NXP则有LED控制器PCA9633/4/5。其中，PCA9635是16Bit LED驱动器，具有组控制PWM功能，256步(8bit)线性可编程亮度，30mA SDA驱动和25mA输出驱动能力。从目前看，高亮度LED做背光源成本仍偏高，但随着技术的发展，该方案还是非常有竞争力的。
　　国际整流器(IR)公司的产品多用在PC和服务器上，他们演讲的第一部分就有关于此。XPhase多相并联同步Buck变换器是IR近期推出的产品，它针对需要1相到16相或者更多相位的多相交错降压DC/DC变换器而设计，包含一个控制芯片和一组可扩展的相位转换器阵列，阵列中每个转换器都使用单相芯片，符合负载线和瞬态响应的要求，并能配合现今和未来微处理器以及非CPU的应用需求。为了让发挥XPhaSe的优势，IR还推出了名为DirectFET的封装技术。这是一种主要为板级功率应用而设计的表贴封装技术，减小了器件封装中高电感和阻抗，消除了引起器件热特性和电特性方面问题的一些因素。此外，IR公司还介绍了高性能集成Buck变换器。这种新产品是功率MOSFET与高性能PWM控制IC的结合，易于实现板载电源系统的功率集成，降低风险加快设计进度。无论是与分离式电源还是单芯片相比，其优势都是明显的。
　　在这次的研讨会上，除了国外的厂商，也有我们本土研究机构最新成果的 展示。来自西安微电子技术研究所的李斌奎研究员就为大家做了“高可靠DC/DC混合集成电路设计方案”的专题演讲。这个演讲介绍了高可靠DC/DC混合集成电路的市场需求与发展趋势，难点与关键技术，以及西安微电子所的相关产品。李斌奎研究员把高可靠DC/DC混合集成电路的设计难点归结为五类：小型化、电磁兼容、稳定闭环回路、转换效率和高可靠性，而对应的解决办法就是单端结构和高频开关，定频、同步，宽带宽信号回路逐脉冲动态调整，高频与高效的平衡，以及元器件的选用和结构设计。在具体产品指标方面，西安微电子所的产品也有独特之处。其恒定加速度为3000g，机械冲击为1500g，工作温度为－55～＋125℃，失效率为10-6个器件/小时，产品共分6大系列，可充分满足航天、航空、军事、探矿和石油、船舶舰艇和野外恶劣环境的要求。我们很高兴地看到，国内产品在技术方面也有了长足的进步，希望明年能在研讨会上见到更多国内厂家的身影。
　　
　　电源模块技术在稳步前进
　　
　　泰科电子(Tyco)的电源模块一直享有良好的口碑。这次，他们演讲的题目是“基于tunable loop(可调回路)的新一代非隔离电源模块”。整个演讲针对Tyco新型的非隔离电源模块，按应用电路、输出电压范围的设定、输入滤波器的设计、tunable loop的优化等几个方面进行了介绍。特别要说的是这个可调回路功能，它使用户可以从外部优化模块的控制回路，从而大幅降低满足负载瞬变要求所需的输出电容值。还要说的是，因为Tyco的非隔离电源模块分为T-Lynx(表面贴装)和Naos Raptor(单列直插)两个系列，种类繁多，很多工程师都对选型感到为难。为此，Tyco也做了个说明，即要从以下几个方面来选择适合的电源模块，包括输入电压范围、输出电压和最大输出电流、极限情况、时序功能、高度要求和封装形式。
　　爱立信电子公司(Ericsson)生产模块电源的时间也很悠久，在本次会议上，他们为大家介绍了其在数字控制技术和数字电源管理方面的最新进展，并以PMH8918L负载点(PoL)稳压器为例说明了数字控制技术能为系统设计用户带来的好处。通过对比小尺寸的同等功率设计和同尺寸的大功率设计，Ericsson清晰地阐述了数字控制技术能够有效改善功率密度和电源管理能力的观点。根据他们的报告，对于同样的输出电流，数字设计的效率高于模拟设计；而在封装密度方面，数字设计也具有明显的优点。
　　提到电源模块，不能不说热插拔技术，恰好美国国家半导体公司的演讲就围绕着这个主题。热插拔的好处是可在背板不关机的情况下对上面的板卡进行替�，热插拔控制器即可用来实现对浪涌电流的控制，保证热插拔时背板、插拔设备的安全以及背板上其他设备的正常工作。国半推出了用于正/负输入电压场合的热插拔控制器－LM5068/69。它们具有可编程功能，外接MOSFET的最大允许电流限制和外接MOSFET的最大允许功耗限制，可确保MOSFET工作在SOA区域。此外，它们还具有输入欠压和过压保护功能，而保护阈值可通过外接电阻编程设定。
　　
　　测试测量的重要性
　　
　　电源的研发、制造和调试都离不开测试测量仪器的帮助。在本次大会上，我们也听到了多场来自测试测量仪器厂商的精彩演讲。
　　泰克(Tektronix)公司的演讲题目是“新一代电源系统分析与测试方案”。众所周知，导致开关电源效率低下的主要原因是开关器件和磁性器件的功率损耗，泰克作为一家以示波器起家的老牌测试测量厂商，在这方面经验非常丰富，其示波器可以精确测量这方面的参数。泰克的数字荧光示波器还具有波形搜索功能，就像互联网上的Google一样，能帮助工程师在海量数据中迅速定位或找到自己想要的目标。针对目前电源系统中应用普遍的串行总线，泰克也推出了一些列解决方案，如DP04000的I2C总线解码功能。在功率测量方面，泰克也有完整的解决方案，包括DP04000/7000示波器、差分探头、电流探头等。
　　上海横河国际贸易有限公司(YOKOGAWA)的演讲题目是“横河新型示波器在电源测试中的应用”，演讲主要介绍了其新型示波器DL9000在电源测试方面的强大功能。DL9000具有高速数据采集速度和高速波形更新能力，还有有超长存储长度。在本次演讲中，DL9000的周期统计功能给人印象很深，该功能能以周期为单位对所选择的波形参数进行统计。此外，DL9000还可以测量器件的安全工作区，测量突入电流、输入电压品质。
　　北京普源精仪有限公司(RIGOL)是一家年轻的公司，经过几年的发展，已经成为国内最大的示波器制造商，还同时生产数字万用表、信号发生器、虚拟仪器及其他通用测试测量仪器。在本次研讨会上，RIGOL的工程师重点介绍了RIGOL仪器在开关电源行业的应用。RIGOL应用在电源行业的示波器有DS1000A、DS1000和DS5000。其中，DS1000A的带宽为300M，最大采样率为2GS/s，最大等效采样为50GS/s，波形捕获率高达2000wfms/s。它的延迟扫描功能还可以放大细微的真实信号，帮助开关电源工程师大大提高工作效率。
　　安捷伦公司(Agilent)的演讲非常有特色，演讲人在现场演示了其最新的N6705A直流源分析仪。这是一款颇具革命性的仪器，它可在为被测件(DUT)提供电源的同时，动态测量DUT上的直流电压和电流，从而极大提升测量效率。该分析仪也是一台高度集成的仪器，整合了直流电源、数字万用表、示波器、任意波形发生器和数据记录仪。重要的是，工程师使用了该仪器就无须开发控制和测量程序，所有功能和测量都可从前面板得到，也无须PC、驱动程序和软件。N6705A支持总功率达600W的模块，有21种模块可供选择；具有通过集成的任意波形发生器调制各模块输出的能力，对于每一步电压改变，输出速度高达160μS，带宽达5kHz。
　　
　　功率器件和电流感应
　　
　　功率器件是电源的基础，而这正是英飞凌(Infineon)公司的特长。英飞凌为大家介绍了其第三代低压MOSFET－OptiMOS3。从字面意思上就可以看出，这是一种经优化的MOSFET。与前一代产品相比，它通常可使能源效率提高1％～1.3％，并在导通电阻、功率密度和门极电荷等主要功率转换指标上达到业界领先水平。除了可开发小型DC/DC转换器之外，OptiMOS3还可用于提高给定标准尺寸的电源的输出功率。此外，OptiMOS3还可延长笔记本电池的使用寿命、降低服务器和电信系统的 能耗。
　　Silicon Laboratories公司(以下简称SL)去年就出现在我们的研讨会上，今年他们的演讲主题是电流感应技术。SL在这方面的主要产品是交流电传感器Si85xx系列。它的特点是低安装成本，无须前沿消隐电路，损耗低，高精确性，±5％的测量精度。其中，Si8500还整合了温度及偏移补偿电路，故能提供±5％测量精准度和2Vpp满刻度输出信号摆幅。通过先进的架构，Si8500得以降低耗电、提高效率、减少噪声和简化电源供应的复杂性。
　　
　　数字电源技术引人瞩目
　　
　　作为电源技术的后起之秀，数字电源一亮相，就受到广泛的关注。德州仪器作为最早提出数字电源概念的厂家，在本次研讨会上也展示了其最新解决方案－C2000控制器。这是一种专为数字电源应用优化的DSP。以其中的TMS320F280xx为例，其实现了32位宽度的数据处理，具有混合的16/32位指令集。F280xx控制器还采用150ps解析度PWM技术，可在100KHz控制环路中实现16位精度，或在1.5MHz情况下实现12位精度，以便提供更高的电源输出精度、高电源密度以及更小的磁性元件，从而为实现体积更小、散热更好的电源设计提供了便利。
　　如果说厂商带来了数字电源的解决方案，专家则总体地概括和展望了数字电源技术。来自河北科技大学的沙占友教授就给大家介绍了目前比较流行的数字电源的定义，并区分了标准的数字电源和广义的数字电源。沙老师还给大家介绍了数字电源的发展历程，从德州仪器最初提出这个概念开始，一直讲到目前最新的各种数字电源芯片。针对很多人对数字电源的认识还只停留在数控电压源的状况，沙老师还特意给大家介绍了数控横流源，并提供了一个设计实例。在最后，沙老师给数字电源做了个形象的比喻，将它比做21世纪正在冉冉升起的一颗“能源之星”，而这个比喻也是我们大部分电源界同仁对数字电源的理解和期望。
　　
　　结语
　　
　　本次研讨会的演讲近60场，用精彩纷呈这个词来概括毫不夸张。因为笔者的水平有限，可能无法将各场演讲的精华都介绍给大家。但我们希望能给未能到场的您传达出会场中那种热烈的气氛，也希望我们能有机会在以后的会议上见面，共同见证电源行业的技术发展。