從ISSCC 2018會(huì)議看電源管理的五大創(chuàng)新

作者 / 迎九

　　近日，在“2018-IEEE國(guó)際固態(tài)電路峰會(huì)(ISSCC 2018)北京發(fā)布會(huì)”上，ISSCC模擬集成電路委員會(huì)委員、復(fù)旦大學(xué)洪志良教授介紹了電源管理方面的最新成果。

　　衡量電源好壞主要有三個(gè)指標(biāo)：1.性能，其中效率是重要指標(biāo)，2.功能，3，成本。電源非常重要，例如手機(jī)電源不好，會(huì)引起爆炸。

　　電源轉(zhuǎn)換器技術(shù)主要用三種途徑提升效率：1.新的電源架構(gòu)，2.新的控制技術(shù)，3.用數(shù)字技術(shù)來輔助實(shí)現(xiàn)模擬電源。

　　從ISSCC 2018會(huì)議錄用的論文，可以看到主要有五大方向。

　　*第一個(gè)方向是開關(guān)電源的混合架構(gòu)方向。最早的開關(guān)電源采用一個(gè)電感或一個(gè)電容，后來隨著控制技術(shù)的發(fā)展，輸出電壓變化范圍大了，有更高的指標(biāo)，用控制技術(shù)集成起來，即把buck、Boost集成起來(如圖2左)。后來發(fā)現(xiàn)還不夠，從SISO到SIMO,例如用一個(gè)輸入，實(shí)現(xiàn)十個(gè)輸出，同時(shí)用數(shù)字技術(shù)讓開關(guān)電源做得更細(xì)，這樣可改變的臺(tái)階更多，以提高效率。最新的開關(guān)電源把這兩種技術(shù)合起來，成為混合型電源。今年的論文介紹的是把更多的架構(gòu)和輸入控制技術(shù)放進(jìn)來，使電源有更多、更快的輸出性能。

　　*第二個(gè)方向是向更高的頻率和更大的功率輸出發(fā)展，除了傳統(tǒng)的Si基材料，人們正探索采用新型材料，諸如SiC和GaN。GaN是新技術(shù)，這兩三年GaN在國(guó)際上變化非?？欤际窃赟i基礎(chǔ)上做GaN，例如把GaN與CMOS的驅(qū)動(dòng)電路集成在一個(gè)芯片上。新的成果將在2018年2月公布。

　　*第三個(gè)方向是包絡(luò)電源。過去電源只有Class A、B、AB等，最新的是Class I。Class I指電源電壓隨信號(hào)變化而變化，例如信號(hào)是21V，電源就是23V;若信號(hào)降到2.8V，電源則降到3.0V，原則是只要電源能給信號(hào)供電就行，以降低能耗，叫包絡(luò)電源，是這兩年新的方向。包絡(luò)電源的難度是頻率不斷提高，因?yàn)長(zhǎng)TE的頻率從過去的5M、10M、20MHz，已到2017年40MHz，2018、2019年有望達(dá)到80M、100MHz，包絡(luò)電源要隨著它發(fā)展。2018年2月13日的ISSCC會(huì)議上將公布80MHz的包絡(luò)電源，效率從去年的75%左右提升到80%以上。其中有兩家是公司(MTK和三星)直接做包絡(luò)電源的，用于新的手機(jī)芯片。

　　*第四個(gè)方向是能量收集。能量來自光、機(jī)械振動(dòng)、無線等。因?yàn)镮oT設(shè)備的一些應(yīng)用場(chǎng)景是無法供電的。很多單位、公司在研究。ISSCC上，將有一篇《A 30nA Quiecent 80nW to 14mW Power Range Shock-Optimized SESC-based Peizoelectronic Harvest interface with 420% Harvested Energy Improvement》論文，2017年ISSCC發(fā)表的成果是240nW，今年信號(hào)啟動(dòng)后可以輸出14mW功率。

　　*第五個(gè)方向是無線能量轉(zhuǎn)換。現(xiàn)在信息無時(shí)無刻不在，如何用新的技術(shù)手段，使信號(hào)能到的地方，我們就能把能量追到那里去。其實(shí)這種案例早就有了，例如太陽(yáng)照耀。2018年2月的ISSCC會(huì)上，會(huì)有論文探討利用WiFi鄰近不用的通道接收能量，不同的通道收發(fā)信息。例如我的手機(jī)沒電了，你的手機(jī)有電，通過無線，你手機(jī)的能量就悄悄傳到我的手機(jī)上了，像吸金大法。這種方法，2017年公布的效率50%幾,2018年2月公布的效率將達(dá)到70%。

　　“ISSCC會(huì)議不僅是最新技術(shù)的反映，還引領(lǐng)了今后的發(fā)展。”洪志良教授稱。據(jù)悉，本次舉辦的第65屆 ISSCC 峰會(huì)(ISSCC 2018)將于2018年2月11日-2月15日在美國(guó)舊金山舉行，大會(huì)共錄用了202篇論文。詳見http://ISSCC.org/。

　　本文來源于《電子產(chǎn)品世界》2017年第12期第77頁(yè)，歡迎您寫論文時(shí)引用，并注明出處。