電源管理的使用趨勢

在眾多應用中，設計電源管理部分的復雜性近幾年大幅上升。現(xiàn)在系統(tǒng)一般都需要10個或者更多不同的電源管理IC，不僅需要提供多種電壓（彼此功率級別差距很大），而且還需要提供多種系統(tǒng)支持功能。許多系統(tǒng)的電源管理部分目前都會在很大程度上影響設計總成本，以及開發(fā)應用所需的時間。如果設計人員能夠提前考慮到各種選擇，并能夠利用IC制造商提供的最新產(chǎn)品與設計支持，那么就能夠改善系統(tǒng)性能，并降低總體開發(fā)時間和成本。

電源管理要求根據(jù)最終設備的不同而差異很大，但我們可以將應用分為便攜式供電或墻上電源供電，從而可以更好地理解市場中的各種趨勢。盡管許多趨勢均會影響應用領域（如較低的電壓、更高的效率以及多種電源插座等），但便攜式系統(tǒng)顯然與外部電源供電的系統(tǒng)相比有著極不相同的電源要求。

為便攜式應用提供核心動力

在便攜式系統(tǒng)中，要求電流較低，并且效率和設備尺寸也是非常重要的因素。電池管理方面的挑戰(zhàn)是至關重要的，其中包括快速、方便而安全地進行電池充電的功能；除了筆記本電腦之外，越來越多的應用可以正確顯示電池剩余電量。IC應當在范圍廣闊的輸入電壓上工作（鋰離子電池的電壓在其工作范圍內(nèi)會有2.6V至4.2V的差異），而低負載和高負載上的效率則變得至關重要。

就諸如MP3播放機、PDA以及數(shù)碼相機等眾多便攜式應用而言，系統(tǒng)設計人員必須在成本、尺寸和電池壽命之間做出取舍。這些取舍會直接影響電源的選擇以及IC制造商正在開發(fā)的產(chǎn)品。成本最低、最簡單易用以及最小型的解決方案顯然會采用LDO 穩(wěn)壓器，但其弱點是效率不高。如果電流負載較高而功耗又非常大（如處理器和邏輯電源），且電池電壓需要"提高"（如顯示器背光所需），那么就需要開關穩(wěn)壓器。

便攜市場還極大推動了封裝發(fā)展趨勢--器件變得越來越小。便攜系統(tǒng)中流行兩種新型封裝技術，即塑料無引線芯片載體（QFN或MLP）以及WSP（晶片級）封裝。塑料無引線芯片載體是一種不使用外部引線的封裝技術，與傳統(tǒng)封裝相比，其不僅體積減小了約 50%，而且還具備良好的散熱性能。WSP（或CSP，即芯片級封裝）不使用任何封裝，但一旦經(jīng)過處理，就可以將芯片直接焊接在板上，從而比無引線芯片載體方法進一步節(jié)約了空間。圖1顯示了如何將集成功能封裝于小型MLP封裝中的示例。

圖1、MLP封裝中的bqTINY

圖2展示了典型便攜式應用中的大量組件，顯然我們可以對其進行集成。IC制造商正推出可將多種電源功能結合到同一IC上的新型產(chǎn)品。

圖2：典型便攜式系統(tǒng)擁有眾多電源管理塊

為墻上電源應用提供核心動力

連接至外部電源的系統(tǒng)正越來越多地向分布式電源總線轉移。大型計算機和電信市場中，系統(tǒng)包括諸如FPGA、ASIC和數(shù)字信號處理器等許多IC，其電源來自多種且常常是非常不同的電源軌，在這種情況的推動下，目前的趨勢是生成單電壓總線（如5V），而后通過"負載點"電源從該總線為各種負載（如1.8V、1.5V等）進行供電。在許多此類應用中，負載常常超過20A，這就給電源設計者提出了一個技術挑戰(zhàn)。多相轉換器正越來越多地用于這些需要更高電流的應用中。隨著電流的增加，人們就分布式總線選用的電壓也展開了新的討論--電壓越高，總體系統(tǒng)效率就越高，而總體系統(tǒng)成本也就越低。如果電壓上升太高，電源設計就會變得非常復雜。許多應用都將未來的目標設為12V，但理論上說，較低的電壓（如8V）可能是最佳解決方案。

當然，墻式電源系統(tǒng)設計人員還具備另一個便攜式設計人員所沒有的優(yōu)勢，即他們根本不必進行電源設計--他們只需購買一個設計就可以了。眾多采用48V總線電壓的系統(tǒng)都選用電源模塊或程序塊來生成系統(tǒng)所需的較低電壓。有許多Vin/Vout/Iout組合可用，常常占用了標準的占位面積，且新型產(chǎn)品還在單個封裝上集成了多種輸出，從而進一步簡化了設計。即便決定使用離散解決方案上的模塊，但我們還是有機會通過使用備用電源架構來節(jié)約成本。通過以單一隔離程序塊 (isolated brick) 代替多個48V隔離程序塊（每個都用于不同的電源電壓），并隨后配以多個低成本非隔離模塊（離散解決方案），我們就可以顯著降低成本，而不會增加設計復雜性（見圖3）。

圖3：可用一個48V程序塊代替多個48V電源，并隨后配以數(shù)個非隔離模塊，以達到節(jié)約成本的目的。

從BOM角度看，成本最低的解決方案顯然是自行設計電源。為了解決這一需求，IC制造商正在開發(fā)眾多新型產(chǎn)品，將更高級性能與更高集成度相結合，同時還致力于使其更加方便易用。就非隔離式設計而言，通常購買一個比設計一個要劃算得多。盡管成本節(jié)約會更多，但進行單獨的設計也要復雜得多，要求具備有經(jīng)驗（并且要地專門的）的開發(fā)小組。許多OEM都在進行此項投資，并獲得了顯著成本節(jié)約。

利用IC供應商的專業(yè)技能

日前制造最終設備的不同趨勢結合其芯片所使用的技術創(chuàng)建了一個大型的、快速成長的電源管理市場，新型IC為該市場提供了很好的服務。在開始新的項目前，設計工程師應查看不同廠商提供的最新電源管理IC，很可能會找到一種新型設備能夠更好地滿足應用要求。

在許多組織中，負責設計電源管理部分的工程師都不是電源設計人員，而是系統(tǒng)設計人員，因此面臨著設計各個方面的挑戰(zhàn)。由于"系統(tǒng)設計人員"取代"電源設計人員"的趨勢，許多IC制造商都將大量資源投資于可為其產(chǎn)品提供應用支持的各個方面。制造盡可能方便易用的IC正成為在該市場中一馬當先的關鍵。目前許多器件均具備詳細的應用附件及評估板，而且提供軟件工具成為新趨勢。軟件將滿足工程師就系統(tǒng)電源管理部分的關鍵要求，并根據(jù)一般組件數(shù)據(jù)庫推薦方案和BOM。這些工具最后都會成為設計人員的有益設計助手，不管他們是否具備豐富經(jīng)驗，并能夠減少設計時間和風險（見圖4）。

圖4：軟件工具縮短了開發(fā)時間。