節(jié)能：有條件的自我救贖

　　明顯地，寬帶隙(WBG)半導(dǎo)體器件如SiC和GaN開關(guān)正在涌現(xiàn)，這些器件采用高成本效益的工藝技術(shù)來達(dá)到規(guī)模經(jīng)濟(jì)效益，從而保障大批量生產(chǎn)率。大規(guī)模推出WBG半導(dǎo)體的速度取決于市場的需求。市場對高效率、高密度和高溫度應(yīng)用器件的需求不斷增長，推動功率半導(dǎo)體供應(yīng)商以較預(yù)期更快的速度投入WBG半導(dǎo)體產(chǎn)品的競爭之中。

　　過去，功率半導(dǎo)體是作為單獨的功率分立器件來開發(fā)的，有MOSFET、IGBT、二極管和功率控制器。但是，BCD工藝技術(shù)的開發(fā)，以及各種便攜設(shè)備的推出，引導(dǎo)功率半導(dǎo)體供應(yīng)商開發(fā)具有低成本和小占位面積的單芯片解決方案。自2000年以來，功率半導(dǎo)體器件領(lǐng)域一直是通過開發(fā)ASIC和ASSP功率管理IC來滿足不同的市場需求。

　　提升能源轉(zhuǎn)換效率

　　最直接有效的節(jié)能手段就是利用盡可能高的能源轉(zhuǎn)換效率來驅(qū)動電子設(shè)備。所以，提升能源轉(zhuǎn)換效率是半導(dǎo)體對節(jié)能科技最直接的貢獻(xiàn)，從最初的80%到目前已經(jīng)要求接近90%轉(zhuǎn)換效率的能源之星標(biāo)準(zhǔn)越來越嚴(yán)格，對電源產(chǎn)品的設(shè)計和整體系統(tǒng)設(shè)計提出全新的要求。

　　安森美半導(dǎo)體鄭兆雄總結(jié)提升能效的市場需求認(rèn)為，需要結(jié)合采用更高能效的電源IC、功率器件和/或電機(jī)/電機(jī)驅(qū)動方案，以系統(tǒng)途徑來提升電源產(chǎn)品能效。不僅要提升電源工作效率，又要改善功率因數(shù)，降低待機(jī)模式及輕載模式下的能耗。例如，由于通過電源的總電能中約有75%是在工作模式下消耗的，故提升電源在工作模式下的能效及降低損耗至關(guān)重要。而提升開關(guān)電源工作能效的一種有效技術(shù)是次級同步整流。此外，系統(tǒng)設(shè)計人員也面對不停減少電子設(shè)備電量消耗的挑戰(zhàn)。消費類白家電如空調(diào)、洗衣機(jī)及冰箱等也正采用更高能效的變速電機(jī)來節(jié)能，“智能家電”的出現(xiàn)結(jié)合高能效電機(jī)的應(yīng)用，將能耗降至最低。這相應(yīng)地推動了白家電電源、通信及用戶接口方案采用更多電子及半導(dǎo)體成分的商機(jī)。　　

        德州儀器大中華區(qū)銷售與市場總經(jīng)理、中國總裁謝兵則表示，利用先進(jìn)技術(shù)降低能源消耗是TI重點關(guān)注的領(lǐng)域。TI提供領(lǐng)先的DSP、微控制器(MCU)、模擬和電源管理解決方案，致力于提高能源使用效率，將現(xiàn)有能源的消耗降到最低。例如：TI提供的行動和視頻感應(yīng)裝置可以自動控制建筑物中空調(diào)和照明系統(tǒng)的開啟;利用TI先進(jìn)的便攜電源管理技術(shù)，單電池的使用壽命可以超過20年;混合動力車中的電池管理器件顯著提高了車輛的行駛里程和供電系統(tǒng)壽命; TI的先進(jìn)馬達(dá)控制和電源管理設(shè)備使工業(yè)應(yīng)用和家用電器的能效有了顯著的提高。

　　ADI張潔萍從工藝角度分析認(rèn)為，功率器件工藝的改進(jìn)是提高效率的關(guān)鍵;從系統(tǒng)角度出發(fā)，符合系統(tǒng)應(yīng)用及工作狀態(tài)的控制方式極大地提高了系統(tǒng)效率。控制器件通過檢測系統(tǒng)的工作狀態(tài)，動態(tài)地調(diào)節(jié)輸出電壓來達(dá)到效率優(yōu)化的目的。隨著系統(tǒng)容量的不斷擴(kuò)充及空間的考量，電源的通道數(shù)有所增加，控制器件通過檢測輸出功率，調(diào)節(jié)輸出通道的開通與關(guān)斷來達(dá)到提升系統(tǒng)效率的目的。

　　照明的節(jié)能改造是最快速、最輕松的節(jié)省能源、降低成本的途徑之一。LED光源市場預(yù)計年復(fù)合增長率達(dá)到22%，其市場規(guī)模在2014年將達(dá)到80億美元。而這僅僅涵蓋LED普通照明應(yīng)用，并不包括其他非常大的LED市場領(lǐng)域，比如移動設(shè)備、交通燈、標(biāo)識系統(tǒng)、液晶電視和計算機(jī)背光照明等。然而，在所有照明應(yīng)用中，成本是一個主要因素。LED驅(qū)動解決方案必須盡可能便宜，同時提供應(yīng)用所需的性能水平?！　?/p>

        國際整流器公司亞太區(qū)銷售副總裁潘大偉還特別指出，利用變頻電機(jī)的空調(diào)和洗衣機(jī)等家電產(chǎn)品的不斷普及。不過，電子控制單元的設(shè)計十分復(fù)雜，涉及數(shù)字、模擬和功率級。與此同時，針對大容量家電市場，設(shè)計人員必須以相對較低的成本實現(xiàn)高性能，他們希望獲得具有小巧外形和高集成度的組件，以簡化生產(chǎn)。譬如，iMOTION這樣的集成設(shè)計平臺，就是一種優(yōu)化的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，將專有高壓IC與數(shù)字、模擬和功率模塊，以及家電產(chǎn)品中面向無傳感器電機(jī)控制的數(shù)字控制算法結(jié)合在一起。

　　被忽略的盲點

　　盡管電源管理對新式電子系統(tǒng)的可靠工作至關(guān)重要，但是，凌力爾特電源產(chǎn)品部產(chǎn)品市場總監(jiān)Tony Armstrong認(rèn)為，在今天的系統(tǒng)中，穩(wěn)壓器也許是最后一個仍然存在的、沒有辦法直接配置或監(jiān)視關(guān)鍵電源系統(tǒng)工作參數(shù)的“盲點”。因此，電源設(shè)計師一直被迫使用混雜在一起的一堆排序器、微控制器和電壓監(jiān)察器來設(shè)定基本的穩(wěn)壓器啟動和安全功能。數(shù)字可編程的 DC/DC 轉(zhuǎn)換器已經(jīng)使用很多年了，尤其是在具有 VID 輸出電壓控制的 VRM 核心電源中。但是直接從穩(wěn)壓器監(jiān)視工作狀態(tài)信息的能力，尤其是監(jiān)視實時電流的能力，仍然一直缺失。

　　另一方面，諸如 I2C 等標(biāo)準(zhǔn)串行數(shù)字總線的使用使進(jìn)出數(shù)字 DC/DC 轉(zhuǎn)換器的通信能簡單、高效率地進(jìn)行，而且 PMBus 等新出現(xiàn)的標(biāo)準(zhǔn)為組件實現(xiàn)互操作性提供了方便。包括啟動特性和定時、輸出電壓和電流限制、裕度控制規(guī)格、以及過壓和欠壓監(jiān)察在內(nèi)的重要穩(wěn)壓器參數(shù)都能直接以數(shù)字方式設(shè)定，從而取代了用電阻器和占用大量空間的排序及監(jiān)視產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)定的方法。此外，諸如溫度、輸入和輸出電壓及電流等關(guān)鍵工作參數(shù)可以非常容易地監(jiān)視，并可用來優(yōu)化系統(tǒng)性能和可靠性。

　　Tony Armstrong指出，數(shù)字電源系統(tǒng)管理的一個主要好處是降低了設(shè)計成本，加快了產(chǎn)品上市。利用一種具直觀式圖形用戶界面 (GUI) 的全面開發(fā)環(huán)境，可以高效率地開發(fā)復(fù)雜的多軌系統(tǒng)。這類系統(tǒng)還能通過 GUI 而不是通過焊接在“白色導(dǎo)線”定位點中實現(xiàn)更改，因此簡化了電路內(nèi)測試 (ICT) 和電路板調(diào)試。另一個好處是由于提供了實時遙測數(shù)據(jù)，所以有可能預(yù)測電源系統(tǒng)故障，并采取預(yù)防性措施。也許最重要的是，具有數(shù)字管理功能的 DC/DC 轉(zhuǎn)換器使設(shè)計師能開發(fā)“綠色”電源系統(tǒng)，這類系統(tǒng)能在負(fù)載點、電路板、機(jī)架甚至系統(tǒng)安裝級以最低能耗滿足目標(biāo)性能要求 (計算速度、數(shù)據(jù)傳輸速率等)，從而在產(chǎn)品的壽命期內(nèi)，降低了基礎(chǔ)設(shè)施成本和總體擁有成本。