电源管理IC深度解析

电源管理IC深度解析
电源管理IC深度解析

在所有的电子设备和产品中,都不乏电源管理IC的“身影”。随着数字高速IC技术和芯片制造工艺技术的共同高速发展,高性能电源IC“助阵”的作用显得愈加重要。而日新月异的电子产品应用、环保绿色节能需求的兴起也对电源IC提出了更高的要求,催生新一代高集成度、高性能和高能效电源管理IC的需求,亦成为电源管理IC厂商永恒的使命。

电源IC需“涨姿势”

据市调机构iSuppli预计,2016年电源管理IC市场预计将达到387亿美元,消费电子、网络通信、移动互联领域都是主要的应用市场,汽车电子、新能源领域也逐渐发力。在应用驱动和技术进步的作用下,对电源IC的技术要求也不断走高。而且随着应用的不断创新,电源IC的市场也呈现出需求多样化,应用细分化,更多高性能电源IC的市场需求也不断深化以及扩展化,更好地为满足系统创新,性能提升而服务。

一方面,伴随着半导体工艺技术的不断升级,PCB板上的芯片和元器件功能更高、运行速度更快、体积更小,驱使电源管理IC提供更低更精准的核电电压以及更大的供电电流、更严格的电压反馈精度、以及更高的效率性能。另一方面,电源管理IC应用领域不断扩张和深入,实现更优异的控制功能、更智能的控制环路,更快速的动态响应特性,更简化的外围布局设计等都“不可或缺”。电源管理IC想要“拿得出手”,都需直面这些难题。

深度解析电源管理IC三大趋势

这也意味着,设计者必须要在严格的FPGA电源轨要求、系统功耗和散热预算限制、构建鲁棒而又可靠的系统、符合预算要求按时完成其项目、完全满足其电路板和系统对功能和性能的要求之间找到最佳结合点,这殊非易事。

数字电源激发活力

各大电源管理IC厂商为应对这一市场走势,都在抓紧排兵布阵,而数字电源成为他们不遗余力的“招数”。凭借灵活、快速响应、高集成度以及高度可控的巨大优势,数字电源已显示出强劲的发展势头。据调研机构IHS公司旗下IMS Research的报告,预计2017年全球数字电源市场营业收入将增至124亿美元,数字电源IC市场将达到26亿美元。数字电源市场以服务器和通信设备应用为主导,同时拓展至其他更多应用领域,或如星火燎原之势。

POL转换器一般为低电压,大电流数字负载(如FPGA,微处理器,DSP及其它具有极高动态特性的数字电路)提供电压。保持电压在1V左右的精确调节,同时利用纯模拟控制技术来满足近200A/ns的负载瞬态要求变得越来越困难。有些数字控制器能够提供在同类模拟IC中难以实现的功能例如非线性控制。事实上,几乎所有的POL数字控制器都包含了一些不同的旨在改善瞬态响应的控制技术。

这些专用控制算法构成了传统模拟电源公司进入数字电源开发的门槛。电源如果在内部采用数字内核实现控制环路,可以满足极为严苛的瞬态要求,实现极低的纹波电压,以及在输出电压范围内实现极高的精确稳压。同时可以支持 PMbus通信接口,可以实现远程精确的电流,电压和温度监控。

数字电源为电源设计领域注入了新的活力,同时也对电源管理IC厂商提出了更高的要求。据了解,一方面,电源管理IC厂商不仅要提供一系列的整合设计方案,而非单一元件,提供高中低端全系列产品;其次,他们也需要全套数字电源开发工具,包括硬件和图形介面(GUI);最后,获得相关周边元件如Power Train,才能创建完整解决方案。另一方面,数字电源IC厂商如果再“单打独斗”的话,显然已“力有不逮”。

Altera的Enpirion电源产品中国区高级业务经理张伟超提到,主芯片厂家诸如FPGA/ASSP/ASIC的技术日新月异,在性能不断提升的同时对电源的要求也异常的严苛,而电源管理 IC厂商不能再和以往一样孤军作战,而是必须要和数字组芯片厂家协同作战。电源IC厂商需要和主芯片厂商进行有效地技术沟通,因为只有了解系统芯片的需求,电源IC的目标设计规格才显得更有意义,这种为系统性能需求而定制的电源设计最终能为系统的功耗优化做出巨大的贡献。这种协作可助力电源管理IC厂商的产品更具竞争力,获得更多的市场份额。

从近些年的市场并购来看,无疑都佐证了这一趋势。高通收购了Summit, Mediatek收购Richtek, Microchip收购Micrel,Altera收购了Enpirion以及最近收购了德国创新型芯片公司ZMDI的数字电源控制器部门,道理其实一脉相承,业界都认可并执行类似的策略。而收购一家电源企业的好处或远比与电源企业合作来得“直接”。Mark Davidson对此表示,一般大型电源管理IC厂商的电源器件会有很多不同的应用领域,他们不会也不可能把全部的精力投入到FPGA领域,而 Altera通过收购则会更加关注电源器件在FPGA方面的应用。他强调,收购Enpirion我们成为一个公司后,可以集合电源、FPGA系统工程以及电路板布局的专家,共同开发出一个更好的解决方案。

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