TI：電源創(chuàng)新中的熱門趨勢

　　行業(yè)的發(fā)展趨勢往往由無法完全滿足的需求所驅(qū)動。無論是時尚業(yè)、娛樂業(yè)、政治界亦或是電源管理領(lǐng)域，都存在這樣的現(xiàn)象。一旦某個發(fā)展趨勢受到公眾的認(rèn)可，創(chuàng)新的機會也就應(yīng)運而生了。雖然有些趨勢就像是曇花一現(xiàn)，然而也有一些趨勢卻經(jīng)久不衰。

　　也許是因為最新電源管理技術(shù)的相關(guān)難題，或者是電源管理行業(yè)保守的本質(zhì)，電源領(lǐng)域的發(fā)展趨勢往往具有很長的生命周期。但是我們不能僅僅因為行業(yè)中存在一個固有的趨勢就止步不前。當(dāng)不再有創(chuàng)新的機會時，所謂趨勢也就失去了本質(zhì)意義;然而，當(dāng)技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)新的創(chuàng)新時，一些潛在的趨勢也會被喚醒。趨勢與引導(dǎo)趨勢的技術(shù)之間存在著一些差異。

　　電源管理領(lǐng)域不斷發(fā)展的趨勢包括：

　　功率效率。

　　功率密度。

　　能量采集。

　　數(shù)控電源。

　　實現(xiàn)快速設(shè)計的電源管理工具。

　　寬VIN電源。

　　高集成度。

　　智能電源。

　　您一定能在北卡羅來納州夏洛特市舉辦的2015應(yīng)用電力電子展會 (APEC) 上發(fā)現(xiàn)這些趨勢下的創(chuàng)新實例。

　　讓我們將注意力集中在TI認(rèn)為是最重要的3個趨勢上，我們將見證增長最快速的創(chuàng)新領(lǐng)域：

　　更高的功率密度。

　　智能電源。

　　能量采集。

　　功率密度

　　功率密度領(lǐng)域的競爭就像是20世紀(jì)80年代的“軍備競賽”，在那時，很多公司花費大量的研發(fā)經(jīng)費來使自己保持領(lǐng)先地位。這些公司竭盡所能地以最小體積的器件來處理最大的功率。然而這一趨勢也帶來了諸多挑戰(zhàn)，如全新的拓?fù)?無橋功率因數(shù)糾正)、更高的開關(guān)頻率，當(dāng)然也包括功效的提高。在輔助器件方面，我們也擁有了全新的技術(shù)：諸如氮化鎵(GaN)和碳化硅(SiC)開關(guān)器件等寬帶隙(WBG)器件。我們還需要支持面向這一趨勢的生態(tài)系統(tǒng)，其中包括更快速的驅(qū)動器和那些能夠管理這些驅(qū)動器和開關(guān)器件功能的控制器。具有10ns以下最低脈沖寬度以及更短傳播延遲的器件在實現(xiàn)那些能夠支持更高功率密度發(fā)展趨勢的拓?fù)浞矫姘l(fā)揮了關(guān)鍵作用。很多高功率密度演示使用了高性能數(shù)字電源控制器，這些控制器本身不會消耗很多電能，但需要有非常好的邊緣控制以及極快的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器來實現(xiàn)回路控制。此外，它們還需要能夠迅速計算針對下一開關(guān)周期響應(yīng)時間的電路。所以，不難看出，功率密度的重大改進(jìn)為創(chuàng)新提供了肥沃的土壤。

　　智能電源

　　智能電源是一個主要創(chuàng)新趨勢，通過讓系統(tǒng)管理電源子系統(tǒng)來滿足系統(tǒng)效率要求。在過去，電源子系統(tǒng)基本上是自我管理的。根據(jù)系統(tǒng)需求，電源設(shè)計人員可以在排序、軟啟動和停止以及故障檢測響應(yīng)等方面配置電源，但是這些基本都屬于基本配置。目前的系統(tǒng)要求電源子系統(tǒng)和主系統(tǒng)之間更加實時的合作與配合。諸如電源管理總線(PMBus)的工業(yè)接口有助于接口和數(shù)據(jù)協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)化，但是在系統(tǒng)與電源配合工作時它才會發(fā)揮真正的優(yōu)勢。在大多數(shù)情況下，系統(tǒng)往往會提前知道何時改變工作模式，而這將要求電源系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)方式作出相應(yīng)的改變。與電源系統(tǒng)分享這些信息使得電源能夠做適當(dāng)?shù)捻憫?yīng)。

　　當(dāng)系統(tǒng)與電源子系統(tǒng)能夠以較高的電平進(jìn)行通信時，我們將迎來巨大的創(chuàng)新機會。目前的系統(tǒng)使用動態(tài)電壓縮放(DVS)，系統(tǒng)告訴電源子系統(tǒng)改變輸出電壓。雖然這個方法有效，但是能做到的并不僅僅是這些。以更高的電平傳遞更多的信息可以將更豐富的信息提供給多維電源，而這更好地滿足了對響應(yīng)的需求?；旌闲盘柼幚砑夹g(shù)使設(shè)計人員能夠?qū)崿F(xiàn)最優(yōu)分區(qū)。電源集成電路(IC)設(shè)計人員能夠?qū)?shù)字智能器件與最佳模擬電路緊密結(jié)合在一起。這使得集成電源轉(zhuǎn)換器能夠滿足對更加智能電源子系統(tǒng)的需要，以使其可以更加輕松地與主系統(tǒng)配合工作。未來的器件將加快解決總體系統(tǒng)效率的發(fā)展趨勢。

　　能量采集

　　能量采集發(fā)展趨勢是實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)(IoT)的主要推動者。很多IoT器件依賴于無線連接方面的創(chuàng)新，但是要想實現(xiàn)真正地高效運轉(zhuǎn)，這些IoT器件需要采用無線供電方式。電池當(dāng)然可以為IoT供電，但是在后續(xù)使用中的電池替換會是一個問題。只要能夠提供所需的全部電能，那么從環(huán)境中采集能量將是明智選擇。采集環(huán)境能量為創(chuàng)新提供了很多機會。改進(jìn)能量采集器的效率是主要的研究領(lǐng)域，但是如何管理這些采集到的能量也同樣重要。環(huán)境中的能量并不一直那么穩(wěn)定，所以必須在能量充足時將能量儲存起來，以備不時之需。為了實現(xiàn)這個目的，能量采集管理單元應(yīng)該消耗盡可能少的能量。

　　IoT的另一個問題是，為了最大限度地減少所需總能量，峰值平均功率比往往比較極端，經(jīng)常超過1000比1。能量管理單元需要在保持極低功耗的同時，以極短的延遲時間處理這些請求。

　　也許大家都沒有意識到，數(shù)字電源控制成為流行的電源管理趨勢并在APEC引起熱議已經(jīng)是十年前的事了。這表明數(shù)字電源控制并非全新的趨勢，而是因工藝技術(shù)創(chuàng)新而重新煥發(fā)活力。在這場工藝技術(shù)創(chuàng)新中，高性能數(shù)字電路可以與高性能模擬電路集成在同一芯片上。我們可以在某些領(lǐng)域應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)相同的情況。例如在IC封裝中以低成本的方式集成高性能無源元件。

　　我們很難區(qū)分原因與結(jié)果，就像是先有雞還是先有蛋這個問題一樣，很難給出答案。是技術(shù)拉開了某個發(fā)展趨勢的序幕，還是一個發(fā)展趨勢催生了一項技術(shù)?但有一點是很明顯的，我們不能再坐等創(chuàng)新趨勢了。就像谷歌舉辦的“小盒子挑戰(zhàn)賽”(Little Box Challenge)所告訴我們的那樣，如果我們不推動行業(yè)創(chuàng)新，那么其他人就會這么做。

　　APEC上的TI

　　在2015年的APEC上，TI計劃重點介紹幾項數(shù)字電源和GaN技術(shù)方面的進(jìn)展，并且首次推出有助于加快工業(yè)、智能電網(wǎng)和汽車應(yīng)用等領(lǐng)域電源設(shè)計的全新尖端工具。以下是將在TI展位(第1001號)上展出的演示內(nèi)容：

　　數(shù)字電源：面向數(shù)字電源配置和建模的動態(tài)同步整流控制、端到端PMBus負(fù)載點DC/DC解決方案、硬件和圖形軟件工具，以及用于將太陽能轉(zhuǎn)換為電能的工具。

　　DC/DC：利用SIMPLE SWITCHER納米模塊、同步穩(wěn)壓器以及汽車啟停電源輕松實現(xiàn)的寬VIN多軌電源。

　　LED照明：一款支持火警選通和同步功能的高效、降壓、高功率LED驅(qū)動器。

　　WEBENCH電源設(shè)計工具和TI Designs參考設(shè)計庫。TI將贈送與會者一個裝有大量演示參考設(shè)計的U盤。

　　TI的一些電源領(lǐng)域?qū)＜乙矊⒊鱿夹g(shù)會議，其中的兩個技術(shù)會議將主要介紹寬帶隙電源器件的影響以及TI如何使GaN技術(shù)更加可靠。

　　TI發(fā)言者的名單以及演講時間：