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电源管理发展趋势探讨

发布时间:2006-06-12 来源:中国自动化网 类型:产业分析 人浏览
关键字:

电源 管理

导  读:

   

  白光LED驱动成为设计重点 

  便携式产品为LCD显示器提供背光的光源是系统之中耗电量最大的部分,其耗电量是显示器所获电量的十倍以上。背光源功率越大,便携式设备的LCD能够发出的光越强,由于功率限制日趋苛刻,所以并不能一味地追求高亮度输出,因此功耗较低的白光LED仍然是最受青睐的选择。   

  目前,众多厂商正在开发结构更加紧凑、背光效率更高的白光LED驱动电路。美国国家半导体公司便携式系统电源管理产品部副总裁Peter Henry指出,由于移动电话继续朝着多功能智能化的方向发展,因此预计发光二极管驱动器的需求量会持续增加。例如,目前普通的移动电话一般只采用2至4颗发光二极管驱动器。但功能更加丰富的双屏照相手机需要7到9颗发光二极管驱动器,才可满足灯光方面的要求。   

  NS新近推出的LP3936灯管理单元共有三组可以各自独立控制的驱动器。一组是主驱动器,负责驱动4个发光二极管,主要为尺寸不超过2.5英寸的显示器提供背光;而另一组则是辅助驱动器,负责驱动2个发光二极管,主要为副显示器或小键盘提供背光;另外还有一组负责提供装饰灯或闪光灯的发光二极管驱动器。   

  此外,新一代的OLED显示器在便携式设备中的应用也开始逐步升温,电源IC供应商正在努力扩展这方面的白光LED驱动器。Sipex公司电源管理产品技术市场部经理李子俊称,2.2英寸全彩PMOLED已经量产,在彩屏需求量大增的手机市场中逐渐展露头角。因为PMOLED的入门门槛较AMOLED低,在今天的市场中崛起也较快,Sipex己推出SP6690/91系列数款驱动芯片供客户选择。   

  一般来说,PMOLED根据屏幕尺寸大小,所需要的驱动电压亦有所不同。例如1英寸全彩PMOLED所需的电压约在+11V左右,在手机应用上,由于锂电池标准电压在+2.7V至+4.2V之间,这时就需要一颗升压IC作电压转换来驱动此类OLED。   

  至于AMOLED的技术门槛较高,因此要设计符合特性,又能使面板图像均匀呈现的驱动IC相当不容易,加上面对良品率稳定且价格持续下滑的主流TFT LCD面板的竞争,未来的市场前景还不算明朗。   

  LCD TV带来新的需求 

  随着LCD面板成本的进一步下降及其性能的进一步提高,LCD的另一个新兴应用——LCD TV也进入家庭,市场的需求正在稳步攀升。LCD TV制造商正越来越多地依靠电源管理领域的创新,以此作为在市场中独树一帜的关键因素。   

  TI公司系统电源管理业务应用工程师Steve Mappus表示,LCDTV对电源管理的依赖程度很高,需要诸如AC功率因数校正、隔离式电源转换、非隔离式负载点电源转换以及各种层次的电源监控、排序和监控保护等电路。对于当前的LCD TV设计而言,需要使用传统的模拟电源控制IC,以及带有一个或更多执行监控功能的微控制器。   

  TI在该领域的电源产品布局完善,300W至400W的电源系统(大多数40英寸的LCD TV均属于此类系统)使用开关式功率因数校正控制器(如UCC28050/1)来提高AC线路电压,使之经调节后达到极高的电压DC输出。 

    如果随后再加上有源钳位PWM控制器(如UCC2894),那么LCD TV电源系统的总体效率就能得到优化,因为一系列定义明确的功能针对功率因数校正级实现了零电流开关,并针对隔离式DC/DC级实现了零电压开关。对于低电压的非绝缘负载点转换而言,TI推出了各种带有集成MOSFET的DC/DC转换器,如TI的SWIFT DC/DC系列或TPS6xxx系列低压转换器。   

  专门针对数控电源系统的开发,TI近期推出了UCD7K、UCD8K以及UCD9K系列Fusion Digital Power数字电源产品,功能相当于几块高速模拟控制IC之和,微控制器与LCD背光显示器驱动信号统一进入同一个基于DSP的控制器。随着LCD TV对电源管理的要求变得日益复杂,数字电源解决方案今后将更具吸引力。不过,Steve Mappus也指出,数字电源在液晶电视中的普及速度将取决于LCD TV制造商与电源管理半导体制造商之间合作的密切程度。就数字电源本身来说,由于单一的尺度并不能适合所有类型的设备,因此数字电源的推广将取决于各方能否完全了解彼此的具体需求。   

  趋向高度集成化 

  电源管理技术的发展趋势是在更小的硅芯片上集成更多功能特性,同时以更高的设计灵活性实现更强的系统用电性能,而不会增加成本。NS中国区总经理李乾强调:板级空间非常有限的便携式应用更是如此,多个单一功能的电源管理器件组合的方法会渐渐不可行,取而代之的可能是类似PMU(电源管理单元)的芯片。   

  举例来说,NS的多功能电源管理单元LP3970内置了11个低压降低噪音的线性稳压器,其中8颗负责驱动数字负载,而另外3颗负责驱动模拟负载,LP3970还有2个电感式DC/DC降压稳压器、1个后备电池充电器及4个通用输出,可为应用处理器提供稳压供电。通过I 2 C接口,应用处理器可以对LP3970进行数字控制,根据负载情况动态调节电源电压来节省功耗。   

  Maxim公司推出了MAX8621Y/MAX8621Z电源管理IC,器件内部集成了2个降压型DC/DC转换器、4个LDO、1个复位定时器和1个驱动器,占位面积只有16mm 2 。如果采用7个分立SOT23封装元件实现同样的功能,则需占用75mm 2 的电路板面积。   

  降低能耗势在必行   

  为满足节能以及环保的需求,针对不同应用与不同的功耗范围,全球许多政府及能源机构的各种新的能耗标准也纷纷出台。与此同时,更加严格的规范也在制定之中。降低能耗成为一项无法回避的重要议题,同时对电源管理也提出了更高的要求。   

  令人鼓舞的是已经有许多新产品可以在降低能耗方面发挥作用。飞兆半导体公司高功率产品部副总裁Taehoon Kim介绍说,家电能源消耗通常约占总体能源消耗的20%,而电机是家电能耗的主要来源。低功率家电市场中,高压无刷直流电机(BLDC)正取代单相交流感应电机,不仅效率从低于50%提升到90%,而且也减小了人耳可听见的噪声和振动。   

  通常功率小于100W的白色家电电机需要使用分立的MOSFET晶体管和半桥集成电路,以及滤除噪声元件,占位面积大且可靠性和成本均不具优势。飞兆半导体开发出了更为有效的智能功率模块(SPM),其中刚刚推出的智能运动功率模块(Motion SPM)(FSB50325\FSB50250H和FSB50450)是多芯片模块,包括六个快速恢复MOSFET晶体管(FRFET)及三个半桥高压集成电路(HVIC)。针对白色家电中的BLDC电机,这种模块可以节省60%的能耗成本。 

    对于开关式电源,降低待机能耗显得非常重要。安森美半导体公司近年来在这方面做了很多努力,公司市场应用高级工程师于辉表示,安森美的绝大多数PWM控制芯片都具有待机功能。芯片本身可以通过检测电路工作状态,在空载或轻载情况下自动实现待机功能。为进一步降低待机能耗,从系统设计角度考虑,安森美还推出了极低待机能耗的PWM控制芯片NCP1230/1,该系列产品可在轻载/空载时关断功率因数校正(PFC),消除了一个功率环节,降低了整个系统待机能耗,该产品适用于笔记本电脑、显示器等适配器电源。   

  特别值得一提的是今年一季度推出的适用于适配器、含PFC级的高效率、超低待机能耗电源方案NCP1603。该芯片内置非连续电流型PFC控制芯片NCP1601和电流型PWM控制芯片NCP1230,将PFC和PWM芯片集成于一体,充分结合两种芯片的优点,避免了两段设计常见的频率同步问题并在轻载/空载情况下关断PFC段,实现了超低待机能耗。

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