发送电源芯片效能：做的还不够

    在电机控制、电源和照明三大应用中，电源的节能效率应该是最高的，从过去的低于60％一直增长到今后的远远超过90%，但是依然还有很多可以改善的细节。另外一个趋势是，系统的小型化使得整个系统变得越来越小，英飞凌高级技术总监里欧·劳伦斯博士认为，到201O年，电源系统将会只有现在的20％大小，再过十年，还将降低5倍。

    至于如何改善电源的能效，0N Semiconductor汽车及电源管理产品部全球销售及市场总监郑兆雄认为可以从三点人手，一是功率因数校正(PFC)能效，其次是主转换器的效率，最后是次级整流的效率。图4黑框中的部分是可以利用新的元件提升整体系统的效能。
    改善PFC的改善目标是实现0．96的功率因数。可以采用无桥PFC减少桥损耗，在高功率应用中使用交错PFC，或者采用IC技术减少开关损耗，采用更好的拓扑结构较少EMI滤波器损耗。另外，像英飞凌在PFC的高压MOSFET和二极管制造工艺方面采用了CoolMOS，节能潜力可以达到2％～3％。主转换器段的节能潜力也可达到1％～2％，其设计考量包括：采用降低导通阻抗或者减小初级峰值电流和均方根电流来降低初级导电损耗；用软开关技术降低开关损耗；用低正向压降二极管或FET整流器，减少整流器压降，从而降低次级损耗；采用更好的磁芯材料降低磁芯损耗等。此外，用次级整流同步降压转换器和DC—DC软开关技术可以进一步提升次级整流方案的3％～4％的效率。而在电源管理芯片方面，未来一代的产品应该有灵活应变的特色，可以应对负载的变化迅速调整功能。例如，中央处理器若无需要以最高频率工作，可以调低其时钟频率减少功耗。此外，时钟频率一旦下调，供电电压也应随之下调，有助于进一步减少功耗。最新的集成电路设计更特别为中央处理器、数字信号处理器、ASIC等耗电量较大的内核分别提供独立而又可以加以设定的输出电压。内核附近的传感器负责判断内核所需的最低工作电压。无论采用最高还是最低功率，又或是待机工作模式，未来一代的电源管理芯片都应该发挥最高的转换效率。
    以平板电视为例，它已经成为四大高能耗家用电器之一，各个国家都在节能和环保方面建立了相应标准，比如2008年1 1月生效的美国“能源之星”电视产品3．O规范。这些标准引入以引导消费者使用更加节能的产品，同时对产品的进入提高了技术门槛。
    平板电视的节能设计主要体现在两个方面：电源和整机设计，而降低待机功耗是电源设计的重要话题。美国加州的监管机构规定新产品不能超过规定标准，国际相关组织也有非强制性的产品标签规定，但大致上待机功耗规定必须在O．3～3W之间。对于可以利用遥控功能唤醒的电视机及电子消费产品，点击功耗甚至可以低至O．1 W。
    据海信电器有限公司副总裁战嘉瑾介绍，海信现在设计的待机功耗，保证在50W的负载条件下，输入功率小于1 OOmW。同时采用专用的待机电源和待机MCU，最大限度的降低待机功耗。

    至于降低开机状态下的能耗，战嘉瑾介绍说海信的方法是提高传统单电源方式的转换效率。目前线型的电源转换效率，一般在82％左右。海信在2005年开始把电源方案改成双正机的方案，可以提高效率到87％。2007年用LLC谐振变换器的方案，转换效率可以达到90％。以200W的液晶电视为例，效率提高8％意味着单台整机可以节省16W的电能。

移动设备：凝聚在其中的电源管理智慧
    快速增长的个人移动设备是近年来牵动IC市场发展的引擎，为了延长电池的使用寿命，不仅要求IC本身低功耗，更需要在显示、LED驱动、音频等方面(如图5)进行电源管理；同时，还要求IC体积小巧、集成更多功能；并提供各种不同设计工具及相关资源，以加快整个设计过程。

    例如，美国国家半导体(NS公司)把其专利的PowerWise电源管理技术用于各种芯片中。
    MPL：在移动设备的显示屏方面，MPL(移动像素链路)可以降低链路地功耗，方法是把并行信号变成高速串行信号，这样便可采用更小巧的连接器及柔性PCB(印制电路板)，好处是可以减少电磁干扰和功耗，并使最终产品小巧纤薄。
    LED驱动器：PowerWise灯光管理解决方案中，NS推出了创新的LED RGB(红／绿／蓝)驱动器。目前手机主要是白光背光的。白光背光不是纯白，这是因为白光LED的光谱分布与LCD的彩色滤波器不能互相配合，而RGB LED的光谱与LCD的可配合，因而不会滤除任何光线，可以达到100％色域，可以让图像更加明亮。而且白光驱动有较高的能耗；但用RGB背光，并加上滤波器，用户能达到良好的颜色效果。诸如NS的LP5520 RGB LED背光系统可以取保显示其的画面色彩亮丽，而且功耗更少。

    音频：音频部分涉及Boomer D类放大器，装饰灯驱动器、音频子系统、远场噪音抑制技术等。NS的采用远场噪音抑制技术的模拟音频麦克风阵列芯片，其耗电比采用数字处理器的数字方案少90％，而且语音清晰度完全不受影响。
    延长电池寿命：长时间打电话手机会发烫，其原因是PA(功放)工作时间较长。为什么工作时间长会发烫呢?现在的手机基本供电是从电池来的，无论手机距离电池多近，都是同样的效果。NS的自适应射频(RF)功率芯片可以测到信号的强弱，然后通过SuPA控制PA的电源，以此延长电池的寿命。
    PowerWise：AVS(自适应电压调节)技术的功耗比同类数字系统解决方案少64％。它可以放在SoC里面，以监控闭环电路的性能，可以因应不同的系统负载灵活做出调整。

结语
    目前，我们正面列两大危机：一是电力供应趋于不稳定，另外温室效应对环境的影响越来越大。为了化解危机，世界各国都在制订新的监管法案，规定新的电子产品必须符合环保法规。汽车是首当其冲的一个，为了控制尾气排放，很多机械的部件将为电子器件取代，欧·劳伦斯博士指出，现在超过70％的汽车的创新都是通过功率电子来实现的，主要的目标是为了降低燃料的消耗，增加能效，并且控制尾气排放。
    针对电力供应负荷的问题，遭遇过几次大停电的美国政府也在考虑家电产品是否应该加入特别的感测功能，以确定供电系统是否已超负荷。系统设计工程师应该具有前瞻的眼光，将这类产品付诸于实际设计中。