电源管理芯片应用|推动技术创新（二）

　　在半导体产业调整进程中成功的关键就是销售出半导体公司及其技术的独特价值，如提供成套解决方案以及为客户提供出色的技术支持等。身为全球领先的电源管理半导体供应商，安森美半导体在为客户提供成套解决方案及出色客户服务方面拥有丰富的经验和突出的优势。

　　展望中国电源管理市场未来几年的发展，我们认为消费电子(如液晶电视和白家电)以及电信等应用领域可为电源管理IC带来广阔的发展空间。安森美半导体提供高性能的解决方案，用于这些领域。

　　美信集成产品公司

　　新型封装技术提升LDO性能

　　不同的系统对电源有不同的要求，为了发挥系统的最佳性能，需要选择最适合的电源管理方式，比如线性电源、开关电源及电荷泵等。三种电源转换器中，线性稳压器的局限性表现在其输出电压只能低于输入电压；开关电源最为通用，能够提供升压、降压以及极性相反的输出；电荷泵同样可提供升压、降压、极性相反的输出，但其输出电流有限。

　　线性稳压器利用一个有源调整元件(双极型晶体管或MOSFET)将输入电压降低至稳定的输出电压，其中低压差线性稳压器(LDO)在最近几年的应用已经十分广泛。压差指维持输出稳定所需要的最小电压差(输入和输出之间)，压差在1V以内的调节器称为LDO，但现在典型的调节器具有100mV至300mV的压差。线性稳压器的输入电流接近于输出电流，可以用输出电压与输入电压的比估算它的效率。如果输出电压非常接近输入电压，线性稳压器就可提供较高的转换效率，如果输入电压高出输出电压很多，或者它在很宽的范围内变动，就很难获得比较高的转换效率。线性稳压器具有小尺寸、低成本、低噪声等特点，而且使用非常简单，因此，在电压、电流条件适当时应尽可能选用线性稳压器。除此之外LDO还可作为一道屏障来隔离开关调节器产生的噪声，这时，LDO的低压差特性有利于改善电路的总体效率。

　　与线性稳压器相比，开关电源占用更大的电路板面积(不考虑线性稳压的散热片)，成本更高，所产生的噪声也较大。而在最近几年开关电源的普及率却大大提高了，其主要原因是开关电源在不同输入电压、不同负载电流条件下能够提供很高的转换效率，升压、降压型开关电源效率可达96%，当然，降压型开关电源的转换效率可能更高一些。用电荷泵同样可实现上述转换，但该类芯片所能提供的负载电流有一定的局限性。LDO的主要缺陷是效率较低，特别是为低压电路供电时效率问题更加突出。由于在新型手机内部集成了PDA功能或上网功能，要求处理器的数据处理能力、运算能力更加强大，为了降低功耗，处理器的核电压不断降低，从1.8V降到了0.9V。为了降低电池损耗，要求采用高效的降压型转换器为处理器核供电。设计中需要考虑的主要因素有：低成本、小尺寸、高效率、低静态(待机)电流和快速瞬态响应。为解决上述问题不仅需要丰富的模拟设计经验，还需要一定的独创能力。就目前来说，只有少数领先的模拟半导体制造商能够提供SOT23封装、具有1MHz以上开关频率、允许选用微小外部电感和电容元件的降压转换器。

　　当前，很多产品(如手机、数码相机等)倾向于将电源管理功能集成在单芯片上，用于射频、功放的LDO和用于LED驱动的DC-DC电源的功能都可以在同一块PMIC(电源管理集成电路)中得以实现。

　　多年以来，SOT23封装的150mALDO是分立电源的最佳选择。目前，一些IC采用新型封装、新型亚微米处理工艺和先进的设计方案，能够以更小的尺寸提供更高的性能。SOT23封装的LDO可以提供300mA输出电流或在SOT23封装内集成两路150mALDO；尺寸更小的SC70封装内可以集成120mA的LDO并提供超低噪声。此外，更为先进的芯片级封装提供最小的封装尺寸，而QFN封装则允许在3mm×3mm面积内装入最大的晶片尺寸并提供更高的导热能力。因此，QFN封装可以集成更高电流的LDO或在每封装中集成更多数量的LDO，从而缩小了分立方案与PMIC之间的差异。

　　凌力尔特公司电源产品部产品市场经理TonyArmstrong

　　集成电源管理功能降低市场风险

　　线性低压差稳压器被认为是形式最简单的稳压器，由于其固有DC电压转换的原因，它只能把输入电压降至一个较低的数值。它最为明显的缺陷在于其热管理性能方面，原因是其转换效率可以被近似为输出电压与输入电压之比。例如：假设一个可从单节锂离子电池的3.6V标称电压来提供1.8V输出电压(在200mA电流条件下)的LDO，用于驱动一个图像处理器，转换效率仅为50%，因而在蜂窝电话的内部产生了热点，并缩短了电池的运行时间。虽然在输入和输出电压相差较大时会出现上述情形，但在该电压差很小的时候，情况就不是这样了。例如：当从1.5V降压至1.2V时，转换效率将为80%。

　　线性稳压器在输入和输出之间的差分电压很高时所存在的所有效率缺陷，开关稳压器都成功地避开了。通过采用低电阻开关和一个磁性存储元件，它实现了高达96%的效率，从而大幅度地降低了转换过程中的功率损耗。通过工作于高开关频率(>2MHz)，可以极大地缩减外部电感器和电容器的外形尺寸。尽管如此，开关稳压器的缺点却较少，而且常常可以利用上佳的设计方法予以克服。

　　线性稳压器和传统型开关稳压器的折中方案是充电泵。当采用充电泵时，外部存储元件是电容器，而不是电感器。由于没有电感器，因此将缓解有可能干扰敏感的RF接收器或蓝牙芯片组的任何潜在电磁干扰问题。不过，潜在的不足之处是有限的输入/输出电压比和有限的输出电流能力。

　　因此，对于设计师而言，是选择线性稳压器还是开关稳压器并不是一件可以简单决定的事情。要做出这个决定，将不得不考虑诸多的因素，例如噪声问题、空间约束条件、转换效率和热考虑。幸运的是，目前市面上已经有了众多不同类型的稳压器，于是，所有设计师必须完成的工作就是根据其独特的系统约束条件进行抉择。这些工作是按照常规程序进行的。

　　许多电源管理芯片厂商所开发的规模庞大且复杂的电源管理IC常常是专为某家单一大客户而定制的，凌力尔特公司认为，这种方法需要在性能上做出某些让步，并会由于开发周期漫长而蒙受巨大的商业风险，这样的策略与我们所服务的瞬息万变的市场是不相适应的。

　　凌力尔特采取了一种不同的方法，并开发出了一个新的IC产品线，该产品系列实现了“有意义的集成”，旨在整合电池供电型便携式设备中所有难以实现的功能。大多数电池供电型手持式产品一般均能够从一个AC适配器、一根通用串行总线(USB)电缆或单节锂离子/锂聚合物电池来供电；然而，对这些电源之间的电源通路控制进行管理却提出了一项重大的技术挑战。直到最近，设计师们一直试图采取“分立”的方式来执行该功能，但其间遇到了有可能引发重大系统问题的热插拔和大浪涌电流等可怕的难题。

　　显然，在大多数电池供电型手持式产品内部存在着共同的特点和功能，可采用实现了“有意义集成”的PMIC，而不会出现因为采用单一晶圆生产工艺来制造IC导致的常见性能折中。凌力尔特公司近期推出了该门类中的下一代产品——— LTC35xx系列，该系列代表了面向这些应用的全新器件性能和功能水平。

　　TDK(中国)投资有限公司营业促进部经理富田裕文

　　力求产品小型化以减少耗电

　　电源电路技术属于模拟电路技术，其方向性与数字技术不同。数字技术的处理电压为低电压，不容易受安全规格等的制约，容易实现集成化；而电源电路的输入电压为交流100V～240V，在安全要求方面，由于受到沿面距离(爬电距离)的规定制约和干扰方面的规定限制，难以实现集成化。

　　另外，电源管理电路成本要求较高，所以多数人并不愿意接受随意实行集成化的要求。但由于机器小型化的需求丝毫不减，目前已经实现了IC(集成电路)和FET(场效应晶体管)的一体化。从装配角度而言，作为SMD(表面贴装)的部件，在铝电路板上需要装配部件，用树脂固型，绕线，电容、半导体、电阻等部件的集成化成了必然的趋势。

　　一般说来，为实现小型化，开关电源电路的高频率化是发展方向，但存在干扰、效率差等难以突破的难题。特别在变压器必须高频率化的前提下，在研讨电源控制芯片的小型化时，必须和变压器厂家协商好。

　　电源电路中使用具有寿命极限的电解电容器。电解电容器容易受热的影响，需要采用不易受热源影响的配置。目前正在采用3DCAD(三维计算机辅助设计)和热模拟器技术，以指导研制出更好的配置，并将其实现产品化。

　　关于变压器，TDK公司正在致力于小型化、薄型化的新产品开发。TDK正着手改良磁芯的材质、研讨薄型产品构造，改善发热现象的负面影响，并对产品进行综合评估，整体推动开发的进程。今后，为了实现开关电源的小型化，越来越需要将热分析、装配配置等作为考虑的因素。

　　TDK拥有铁氧体这种材料，可实现从材料到生产出变压器成品。现在，TDK公司正在开发各种用途的铁氧体材料，针对不同的用途，提供各具特色的产品。特别是在平板电视中使用了谐共振电路，电力浪费较少(低发热)的磁芯材料有望发挥其应有的功能。公司虽然拥有PC47材质，但为了进一步减少电力损失，正在谋求把传统的EER35形状的产品尺寸缩减成EER28L尺寸，以期在小型化方面进一步拉开与其他产品的差距。

　　随着变压器生产发展到自动化绕线阶段，产品的特性差异逐步缩小。通过自动化技术，可实现产品的稳定供给，减少了人为因素对品质和成本方面造成的影响。

　　TDK是针对变压器的特性要求进行产品设计的，所以构筑起一种体制，就是面对所有顾客都一律确保在较短交货期内提供设计上达到最佳性能的变压器产品，并提供设计对应服务和包括电路方面的支援服务体制。