摘 要：分析中國電源管理" title="電源管理">電源管理應用與市場現(xiàn)狀，結合安森美半導體" title="安森美半導體">安森美半導體的電源管理解決方案，討論如何把握市場機遇，實現(xiàn)創(chuàng)新共贏的策略。
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??? 能源危機和全球變暖趨勢使人們越來越關注有害物質、循環(huán)利用、廢物處理和能源消耗。各國政府也在大力倡導可持續(xù)發(fā)展，提出了RoHS等環(huán)保指令。除了這些由政府推動的因素之外，消費者方面也越來越關注小尺寸、多功能、電池壽命、散熱、充電時間等問題，這些則是來自客戶的因素?？陀^上，兩者的需求都在圍繞“環(huán)保設計”這個大中心，也都對電源管理市場提出了更高的要求。
電源管理市場的挑戰(zhàn)
??? 當今的電源管理市場正處在劇烈變革之中，電源規(guī)范的采用已經越來越普遍，要求電源轉換器在各種運作模式下都必須提供更高的效率，例如小于1 W的待機能耗" title="待機能耗">待機能耗要求。美國加州能源委員會（CEC）和美國能源之星(ENERGY STAR?誖)頒布了要求外接電源能效大于80％的規(guī)定。降低諧波的要求也促進了功率因數(shù)校正（PFC）前端的引入，IEC 1000-3-2已經成為歐盟與日本的強制性規(guī)定，獲得了許多國家的自愿采用。由于終端用戶希望能夠在更小尺寸的封裝內實現(xiàn)更多的功能，因此系統(tǒng)的復雜性不斷增加，功率密度要求也越來越高。消費類產品市場變幻莫測，要求更快的產品上市時間，因此，必須采用簡化電路的設計。
??? 此外，雖然RoHS指令已經在2006年7月1日實施，但迄今為止還沒有頒布區(qū)分元器件是否含有某些物質的通用標準。今年3月，中國政府出臺的《電子信息產品污染控制管理辦法》標志著中國RoHS開始全面實施，以推動中國的綠色制造產業(yè)。
中國電源管理應用需求和機遇
??? 除了需要面對上述挑戰(zhàn)，整個行業(yè)還必須迎接電源技術拐點的挑戰(zhàn)。電源管理方案的復雜程度正在不斷提高，因此總有一天，目前的解決方案將無法滿足對電源管理的要求。以PC為例，一方面CPU頻率正在節(jié)節(jié)上升，另一方面則是電流不斷增加和電壓不斷下降。而可供選擇的其他方案，無論是風扇還是液態(tài)冷卻，都會使成本大幅度上升，并且會降低效率。CPU功耗的提升也使電源管理方案變得越來越昂貴。PC、手機、筆記本電腦、便攜式播放器及其他平臺上的情況也大致如此。
??? 未來幾年，模擬產品領域的主要增長動力將體現(xiàn)在各種穩(wěn)壓器、PC主板用電源IC、模擬開關、80%以上的能效電源轉換解決方案和高頻運算放大器等。但是，以上所有因素的推動力越強，采用傳統(tǒng)拓撲結構來滿足系統(tǒng)要求的可行性就越低；而設計工程師需要面對更快上市時間的要求，因此無法利用一些新興方法所帶來的好處。
??? 安森美半導體作為長期致力于電源管理模擬器件和分立器件的半導體廠商，為應對瞬息萬變的電源管理市場需求做好了充分的準備，他們可以為PC、筆記本電腦、游戲機和手機等高增長數(shù)字消費電子產品提供更高系統(tǒng)效率和完整的電源管理解決方案。這也為OEM廠商提供了開發(fā)高電源能效、低待機" title="低待機">低待機能耗、符合世界各地節(jié)能環(huán)保規(guī)范和標準，同時滿足今天和未來消費電子產品的高能效電源要求。
高效電源管理技術的特點
??? 作為中標認證中心授予“中國節(jié)能認證合作伙伴”的芯品廠商，安森美半導體在開發(fā)產品技術方面一向以節(jié)能降耗、提高電源能效為己任。公司的發(fā)展方向是開發(fā)適用于大多數(shù)高增長數(shù)字消費電子產品的完整的電源解決方案。
??? 到目前為止，安森美已經推出了多款GreenPointTM高效電源解決方案參考設計" title="參考設計">參考設計，分別適用于符合80 PLUS?誖的ATX電源、CRT電視機電源、液晶電視和顯示器電源、筆記本電腦和顯示器電源、臺式打印機和游戲機電源。為了實現(xiàn)高效的電源管理，安森美半導體不斷開發(fā)涵蓋所有電源能效領域的解決方案，其主攻的三個領域是：消耗最多電能的工作狀態(tài)下的器件能效、閑置（大多數(shù)時間）時的器件待機能耗，以及提高電網效率的PFC技術。
GreenPointTM解決方案
??? CRT電視機和平板液晶電視機電源GreenPointTM參考設計能夠提供低于1W的待機能耗，包括了電源的所有功能模塊，符合低待機能耗的國際標準。用于液晶電視和顯示器、筆記本電腦和其他消費電子產品的60W電源適配器參考設計不僅可滿足待機和工作模式能效規(guī)范，簡化繁復的設計，而且是高性價比的解決方案。它包括電源適配器的所有功能模塊，可實現(xiàn)低待機能耗，且符合CEC、美國能源之星及歐洲COC（Code of Conduct）的要求。該設計可提供88%的能效，在待機模式下功耗小于250mW(適配器大多數(shù)時間均處于待機模式)，而目前大多數(shù)60W適配器的待機能耗均為750mW。
??? 安森美最新推出了用于臺式打印機的40W電源GreenPointTM參考設計（圖1），有助于工程師快速推出能夠提供低動態(tài)功耗與低待機能耗的電源適配器。在輸出功率介于5～40W時，該參考設計可以提供超過83%的工作模式電源效率；在空載時更可達到小于150mW的待機能耗，而目前常用的40W打印機在相似情況下的功耗為450mW。該設計采用的頻率回走技術可以使電源在輕載情況下保持高能效，例如當輸出功率在0.5～2W時，能效會在66%～79%間變化，這些特性使這個GreenPointTM參考設計能夠符合從能源之星到歐洲高能效電器組織（GEEA），以及美國1W待機能耗總統(tǒng)令和日本Eco標章計劃的最苛刻要求。
??? 這個參考設計的關鍵器件是NCP1351，這是一款針對低功耗離線反激開關電源（SMPS）設計的電流模式控制器。它采用固定峰值電流技術(幾乎接近固定Ton)，可以在負載變低時降低開關頻率。因此，采用NCP1351的電源自然可以提供卓越的待機(空載)能耗，同時也能夠在其他負載情況下達到令人滿意的能效水平。當頻率下降時，峰值電流會逐漸降低到最大峰值的30%左右，以避免變壓器發(fā)生機械振蕩，因此可以大幅度降低發(fā)生可聽見噪聲的風險，并保持良好的待機能耗表現(xiàn)。
??? 外部可調整定時器可不斷檢測反饋動作，并在短路或過載時提供電源保護。在定時器超時時，NCP1351A和NCP1351C可停止開關動作并保持在鎖定狀態(tài)；NCP1351B和NCP1351D則會嘗試重新啟動，NCP1351C和NCP1351D具有雙過電流保護，更適合需要較大輸出功率瞬變的應用；器件內部結構具備了能夠達到最低可用啟動電流的優(yōu)化方案，而這正是設計低待機能耗電源的關鍵參數(shù)。負電流檢測技術則可以將開關噪聲對控制器工作的影響降到最低，同時讓使用者選擇電流檢測電阻上的最高峰值電壓，對應用的功耗進行優(yōu)化。
功率因數(shù)校正解決方案
??? 降低諧波的PFC能力可以集成在許多電源設計當中。但是設計人員在滿足一些認證要求及其客戶期望的成本時，通常需要面對集成合適PFC段的難度。許多新的PFC拓撲結構和元件的出現(xiàn)，有助于設計人員優(yōu)化設計以滿足給定應用的需求，還可以最大限度地降低設計人員滿足認證要求的難度。
??? 2006年，安森美半導體推出了兩款PFC控制器NCP1653和NCP1601。這兩款器件是為輸入電平在75W至幾千瓦的電源設計的，適用于電視機、平板顯示器、臺式電腦和筆記本適配器開關電源、離線電池充電器，以及電冰箱、洗衣機和干衣機等白色家電中的功率因素校正應用。
??? 2007年，該公司又擴展了四款PFC控制器，適用于照明、電源適配器、ATX電源、平板電視和其他電源應用，可促進符合全球新興能源效率和功率因數(shù)標準的高效電源開發(fā)。其中的NCP1605是一款強化型高電壓和高效率待機模式PFC控制器如圖2所示。它采用定頻(Fixed Frequency)非連續(xù)導電模式DCM(Discontinuous Conduction Mode)或臨界導電模式CRM(Critical Conduction Mode)工作。該器件集成了構建穩(wěn)固PFC段電路的所有功能，可以采用PFC主控端方式工作，確保電源的第二段電路只有在安全情況下才會啟動。另外，它還集成了跳周期能力，可將待機能耗降到最低并提高輕載能效。
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????此外還有NCP1606、NCP1654、1655等多種PFC控制器。
????這些可供實現(xiàn)PFC應用的器件有助于設計人員為其應用實驗和選擇最佳的方法。易于使用的設計工具可加快設計進度并減小設計難度。隨著能量認證標準在全球的迅速推進，PFC電路將繼續(xù)滲透進越來越多的系統(tǒng)。
標準產品與IC相互輝映
????電子系統(tǒng)越來越復雜，需要包羅多樣的半導體器件。因此，除了上述的GreenPointTM等電源解決方案，安森美半導體還提供標準產品，包括時鐘和電路保護等，有助于客戶解決與功率和系統(tǒng)有關的問題。
??? 時鐘應用的范圍非常廣泛，而且在不斷擴大。聯(lián)網/通信（基站、路由器/交換機）、消費類/無線電子產品（機頂盒/DVR、數(shù)字TV/LCD、游戲、便攜式PDA/手機/媒體播放器）、計算機（筆記本/PC、服務器/工作站）等，都離不開時鐘產品。安森美半導體可以提供多種時鐘發(fā)生器產品，包括產生時鐘信號及其導數(shù)的PLL放大器和分壓器。
??? 在高能應用、中型能量應用和低能/高壓應用幾個方面，安森美半導體也有不同的解決方案。晶閘管TSPD是功率最高的硅芯片轉換器件，雷擊時可將最低鉗制電壓以數(shù)百安培電流接地。這種器件正在取代大多數(shù)新型PABX和電信交換機中的GDT。TVS二極管可提供最低的鉗制電壓，且不會降低服務水準，是抵御雷電及電感負載轉換引起的瞬變電壓導致的計算機網絡、工廠自動化設備、數(shù)據網絡及車載電子系統(tǒng)故障的最佳選擇。電容極低的齊納二極管ESD保護器件適用于高數(shù)據速率保護，還以消費類電子產品價位提供了最低鉗制電壓。可以避免人體產生的ESD及耦合電容對個人娛樂及信息系統(tǒng)產生損害。
??? 今天，分立器件在不能集成的功能方面仍然起著關鍵作用，例如有效的ESD保護就不能完全集成到CMOS芯片中。安森美半導體的ESD二極管與多層可變電阻相比，具有更好的鉗制性能、更低的泄漏和更長的使用壽命。
工程設計和供應鏈管理
??? 為了更加貼近客戶，近幾年安森美半導體根據客戶的不同需求，相繼在世界各地建立了解決方案工程中心（SEC），幫助他們開發(fā)新產品。而每個SEC都有不同的焦點，如首爾的SEC聚焦在無線產品電源方案；臺北和波特蘭的則側重計算機和電源應用；San Jose的專注消費類和無線產品。今年，該公司還將在慕尼黑、芝加哥和中國部分城市建立SEC。這些SEC為客戶提供啟匙方案，利用先進的平臺加快客戶開發(fā)各種高性能產品的進程。
?? 除了應對工程技術方面的挑戰(zhàn)，半導體廠商還需要解決客戶產線轉移、市場全球化、完善的供應鏈體系等問題。2006年，安森美半導體付運了300多億顆芯片，涉及產品15 000余種。如果沒有一個強大的物流/供應鏈管理體系，要實現(xiàn)這樣的業(yè)績是難以想象的。安森美半導體已建立起一個后臺運行且完全兼容的供應鏈體系來解決供應平衡的問題。即使客戶需要最新的產品，該公司也完全可以提供不含鉛的產品。
??? 采用這樣的供應鏈體系不僅可以節(jié)約運營成本，更重要的是在對客戶的持續(xù)生產、增加產量方面可以起到積極的作用，保證在客戶需要的時間、地點和渠道供貨。這對中國市場尤其重要。
??? 目前電源產品的市場主要呈現(xiàn)兩個特點，第一，隨著環(huán)保意識的增加，低功耗設計越來越受到廠商、消費者和各國政府的關注，高能效電源設計正在成為影響電子系統(tǒng)設計的關鍵技術之一；第二，電源設計周期加快、低待機能耗、高能效以及可減少占位面積的要求正在改變傳統(tǒng)的電源設計方法，電源管理設計的創(chuàng)新勢在必行。尤其是在某些領域，例如計算應用方面，已經出現(xiàn)了集計算、便攜娛樂等功能于一身的電腦；手機也變得更小、更薄、功能更多，不斷融入了數(shù)碼相機、便攜式媒體播放器、游戲機、PDA、MP3播放器、GPS等功能；筆記本電腦、安全遙感、無線鼠標、便攜式DVD、PMP、汽車信息娛樂對電源產品的需求量都在繼續(xù)增加。要應對這樣的電源管理市場，迫切需要的是“綠色”節(jié)能、便于新產品快速開發(fā)的電源解決方案。
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《電子技術應用》2007年第5期