電源作為電子產(chǎn)品的心臟，其性能直接關(guān)系到產(chǎn)品的壽命和品質(zhì)。在即將過去的2016年中，無論是在通信、計(jì)算機(jī)行業(yè)還是工業(yè)、醫(yī)療、軍事方面，無處不在的電源設(shè)備見證了其發(fā)展的潛力。加之物聯(lián)網(wǎng)的大勢(shì)所向，生活中將會(huì)出現(xiàn)越來越多的電子設(shè)備，而這都給電源管理提出了更高的要求。面對(duì)這些挑戰(zhàn)，電源向數(shù)字化、模塊化、智能化方向發(fā)展已是必然之勢(shì)。

電源抱緊數(shù)字化就是抓住了魔法界的嗅嗅

萬物都處在數(shù)字化的時(shí)代，電源也不可免俗，也因此電源在數(shù)字化的道路上漸行漸遠(yuǎn)。據(jù)調(diào)研機(jī)構(gòu)IHS公司旗下IMS Research的報(bào)告，預(yù)計(jì)2017年全球數(shù)字電源市場(chǎng)營(yíng)業(yè)收入將增至124億美元，數(shù)字電源IC市場(chǎng)將達(dá)到26億美元。數(shù)字電源市場(chǎng)以服務(wù)器和通信設(shè)備應(yīng)用為主導(dǎo)，同時(shí)拓展至更多應(yīng)用領(lǐng)域。

為實(shí)現(xiàn)電源性能指標(biāo)所必需的元件數(shù)量和成本也隨之增加，越來越多的控制需要通過具有成本效益的數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)。一般認(rèn)為，在設(shè)計(jì)DC/DC變換器時(shí)，通常100W以上的系統(tǒng)中會(huì)應(yīng)用數(shù)字控制技術(shù);而在設(shè)計(jì)AC/DC變換器時(shí)，250W以上的系統(tǒng)會(huì)應(yīng)用數(shù)字技術(shù)，這樣電源的經(jīng)濟(jì)性會(huì)更高一些。因此，在未來的電源系統(tǒng)中，模擬與數(shù)字技術(shù)將共存相當(dāng)一段時(shí)間。30年前，電源行業(yè)轉(zhuǎn)向開關(guān)電源是一個(gè)很大的變化，而電源數(shù)字化趨勢(shì)將會(huì)是一個(gè)更大的變化。但就目前來看，電源的數(shù)字化改進(jìn)主要有兩種方式。

一種是單芯片控制器方案。通過外接A/D轉(zhuǎn)換芯片進(jìn)行取樣，取樣后對(duì)得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算處理，再把結(jié)果通過D/A轉(zhuǎn)換后傳送到PWM芯片，從而實(shí)現(xiàn)單芯片控制器對(duì)開關(guān)電源的控制。這種方案的技術(shù)目前已經(jīng)比較成熟，設(shè)計(jì)方法容易掌握，而且對(duì)單芯片控制器的要求不高，成本比較低。但是整套電路用到多個(gè)芯片，電路比較復(fù)雜;且經(jīng)過A/D和D/A轉(zhuǎn)換等步驟，會(huì)造成比較大的信號(hào)延遲，進(jìn)而影響電源的動(dòng)態(tài)性能和穩(wěn)壓精度。有些單芯片控制器整合了PWM輸出，但一般單芯片控制器的運(yùn)行頻率有限，無法產(chǎn)生足夠高的頻率和精度的PWM輸出信號(hào)。

另外一種是通過高性能數(shù)字芯片(如 DSP或MCU)對(duì)電源實(shí)現(xiàn)直接控制的方案。數(shù)字芯片完成信號(hào)采樣、處理和PWM輸出等工作。由于數(shù)字PWM輸出的信號(hào)功率不足以驅(qū)動(dòng)開關(guān)管，一般還需通過一個(gè)驅(qū)動(dòng)芯片驅(qū)動(dòng)開關(guān)管，即數(shù)字控制器與功率級(jí)之間的接口由MOSFET驅(qū)動(dòng)器提供。由于這些數(shù)字芯片有較高的取樣速度(DSP片內(nèi)的AD轉(zhuǎn)換器完成一 次A/D轉(zhuǎn)換只需數(shù)百納秒，相較之下，一般8位MCU控制器要數(shù)微秒之久)和指令周期，輸出的PWM信號(hào)的分辨率僅數(shù)百皮秒，過流檢測(cè)和關(guān)閉電源僅須數(shù)十納秒，可以快速有效的實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的控制算法，使設(shè)計(jì)具備較高的動(dòng)態(tài)性能和穩(wěn)壓精度。此外，在微處理器的支持下添加RS232/485、USB、以太網(wǎng)等擴(kuò)展通信手段也非常方便。數(shù)字控制的電源產(chǎn)品能夠?qū)崿F(xiàn)大部分?jǐn)?shù)字電源的功能需求，但如果不添加一些額外部件，還實(shí)現(xiàn)不了全部功能需求。

目前以DSP為主要處理單元的數(shù)字電源芯片廠商，如TI等公司都在優(yōu)化其作為數(shù)字電源核心的DSP的結(jié)構(gòu)，同時(shí)努力降低成本，并改善開發(fā)手段以幫助開發(fā)人員輕松地如期完成開發(fā)。除了DSP的方案，有的廠商提供基于MCU如Silicon Labs公司或狀態(tài)機(jī)如Zilker公司的方案。MCU長(zhǎng)于控制，而狀態(tài)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是低功耗。鑒于DSP和MCU兩種方案各有長(zhǎng)處，現(xiàn)在有的廠商如 SiliconLabs公司、Microchip公司開始將硬件DSP和輔助MCU同時(shí)集成入芯片中，使系統(tǒng)性能最優(yōu)，效率已經(jīng)可以與模擬電源相媲美。加之無線充電的熱潮，也讓一眾類似安森美、ST等IC廠商置身其中，爭(zhēng)搶數(shù)字化無線充電技術(shù)的大蛋糕。

電源模塊化究竟是不是噱頭?

模塊化是開關(guān)電源發(fā)展的總體趨勢(shì)，可以采用模塊化電源組成分布式電源系統(tǒng)，可以設(shè)計(jì)成N1冗余電源系統(tǒng)，并實(shí)現(xiàn)并聯(lián)方式的容量擴(kuò)展。針對(duì)開關(guān)電源運(yùn)行噪聲大這一缺點(diǎn)，若單獨(dú)追求高頻化其噪聲也必將隨著增大，而采用部分諧振轉(zhuǎn)換電路技術(shù)，在理論上即可實(shí)現(xiàn)高頻化又可降低噪聲，但部分諧振轉(zhuǎn)換技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用仍存在著技術(shù)問題。實(shí)現(xiàn)模塊化之后，電源無論從安裝角度，還是從利用率角度都得到了非常大的提升。尤其是在走線方面，模塊化電源表現(xiàn)出了非常強(qiáng)的適應(yīng)性，其走線的方便曾經(jīng)被視為“背板走線”技術(shù)發(fā)展的重要推動(dòng)力量。

在我國(guó)模塊電源研發(fā)生產(chǎn)公司大概有上百家甚至幾百家，主要是以小型企業(yè)和私營(yíng)企業(yè)為主，整體來說競(jìng)爭(zhēng)力不是很大，行業(yè)集中較低，在電源市場(chǎng)能夠排名進(jìn)入前10的開關(guān)電源廠家市場(chǎng)的占有率也是不到60%的，而且大多數(shù)的都是我們熟知的國(guó)際品牌，國(guó)內(nèi)的品牌較少。特別是在中低端的模塊電源市場(chǎng)來看，這個(gè)行業(yè)基本表現(xiàn)的是完全的競(jìng)爭(zhēng)現(xiàn)狀。在高端的電源市場(chǎng)，受對(duì)應(yīng)的技術(shù)、工藝等方面的制約，市場(chǎng)集中度很高，市場(chǎng)的份額也就被領(lǐng)先的國(guó)際品牌公司所占據(jù)。作為中國(guó)企業(yè)，要想中低端市場(chǎng)保持有力競(jìng)爭(zhēng)，或進(jìn)軍高端市場(chǎng)與國(guó)際品牌刮分市場(chǎng)份額，是每一個(gè)業(yè)界人士都關(guān)注的課題。

智能化電源離我們還有多遠(yuǎn)?

智能電源管理芯片可以將其他若干電源分立器件整合在一起節(jié)省空間，還可以通過電源路徑管理、動(dòng)態(tài)電壓調(diào)整等智能化控制，實(shí)現(xiàn)更高的系統(tǒng)整體轉(zhuǎn)換效率和更低的系統(tǒng)動(dòng)態(tài)功耗，延長(zhǎng)了智能終端的電池續(xù)航時(shí)間，因此在智能終端等消費(fèi)電子產(chǎn)品領(lǐng)域得到廣泛運(yùn)用。在智能電源管理芯片領(lǐng)域，市場(chǎng)主要由美歐企業(yè)主導(dǎo)，能夠涉足該領(lǐng)域的國(guó)內(nèi)企業(yè)較少。

從數(shù)據(jù)通信等小規(guī)模市場(chǎng)到消費(fèi)電子等大規(guī)模市場(chǎng)，電源呈現(xiàn)數(shù)字化趨勢(shì)。簡(jiǎn)單來講，智能電源所要實(shí)現(xiàn)的就是，用更簡(jiǎn)便設(shè)計(jì)集成更多的功能。高性能全數(shù)字控制IC是目前智能化電源管理領(lǐng)域的發(fā)展趨勢(shì)，有靈活、快速響應(yīng)、高集成度以及高度可控的巨大優(yōu)勢(shì)。

類似于智能汽車上所用到的電源管理芯片，將是智能化電源得以應(yīng)用的具體表現(xiàn)。如同今年9月份，瑞薩以32.2億美金的價(jià)格收購芯片制造商intersil，著力發(fā)展車用芯片。至此瑞薩完成收購Intersil后，其市占率超越英飛凌、挑戰(zhàn)恩智浦。相信隨著物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，在不遠(yuǎn)的將來智能化電源管理將不僅僅在汽車市場(chǎng)中爆發(fā)，工業(yè)、智能家居、消費(fèi)電子等領(lǐng)域也存在著智能化電源的潛力。

對(duì)于電源行業(yè)的發(fā)展，您有什么新鮮的看法吶，此文僅作拋磚引玉之用~