电源IC

发展

     随着电子技术的发展, 尤其是目前便携式产品流行和节能环保的提倡, 电源IC发挥的作用越来越大。几年前, 电源IC还仅仅是集成稳压器件和DC/DC转换器, 但现在电源IC涵盖很多内容,包括DC/DC、LDO（低压差线形稳压器）、电池充放电管理、PWM控制器、Reset、PFC（功率因数校正）、节能控制、功率MOSEFT等等。

特点

电源IC 种类繁多，它们的共同特点有：

　　（1）工作电压低 　　一般的工作电压为3.0～3.6V。有一些工作电压更低，如2.0、2.5、2.7V 等；也有一些工作电压为5V，还有少数12V 或28V 的特殊用途的电压源。 　　（2）工作电流不大 　　从几毫安到几安都有，但由于大多数嵌入式电子产品的工作电流小于300mA，所以30～300mA 的电源IC 在品种及数量上占较大的比例。 　　 （3）封装尺寸小 　　近年来发展的便携式产品都采用贴片式器件，电源IC 也不例外，主要有SO 封装、SOT-23 封装，μMAX 封装及封装尺寸最小的SC-70 及的SMD 封装等，使电源占的空间越来越小。 　　（4）完善的保护措施 　　新型电源IC 有完善的保护措施，这包括：输出过流限制、过热保护、短路保护及电池极性接反保护，使电源工作安全可靠，不易损坏。 　　（5）耗电小及关闭电源功能 　　新型电源IC 的静态电流都较小，一般为几十μA 到几百μA。个别微功耗的线性稳压器其静态电流仅1.1μA。另外，不少电源IC 有关闭电源控制端功能（用电平来控制），在关闭电源状态时IC 自身耗电在1μA 左右。由于它可使一部分电路不工作，可大大节省电。例如，在无线通信设备上，在发送状态时可关闭接收电路；在未接收到信号时可关闭显示电路等。 　　（5）有电源工作状态信号输出 　　不少便携式电子产品中有单片机，在电源因过热或电池低电压而使输出电压下降一定百分数时，电源IC 有一个电源工作状态信号输给单片机，使单片机复位。利用这个信号也可以做成电源工作状态指示（当电池低电压时，有LED 显示)。 　　（6）输出电压精度高 　　一般的输出电压精度为±2～4[[%]]之间，有不少新型电源IC 的精度可达±0.5～±1[[%]]；并且输出电压温度系数较小，一般为±0.3～±0.5mV/℃，而有一些可达到±0.1mV/℃的水平。线性调整率一般为0.05[[%]]～0.1[[%]]/V，有的可达0.01[[%]]/V；负载调整率一般为0.3～0.5[[%]]/mA， 　　有的可达0.01[[%]]/mA。 　　（7）新型组合式电源IC 　　升压式DC/DC 变换器的效率高但纹波及噪声电压较大，低压差线性稳压器效率低但噪声最小，这两者结合组成的双输出电源IC 可较好地解决效率及噪声的问题。例如，数字电路部分采用升压式DC/DC 变换器电源而对噪声敏感的电路采用LDO 电源。这种电源IC 有MAX710/711，MAX1705/1706 等。另一种例子是电荷泵+LDO 组成，输出稳压的电荷泵电源IC，例如MAX868，它可输出0～-2VIN 可调的稳定电压，并可提供30mA 电流；MAX1673稳压型电荷泵电源IC 输出与VIN 相同的负压，输出电流可达125mA。

应用

      手机是电源管理IC最为重要的应用场合。多媒体和3G手机对高画质视频、多媒体数据流、音频播放、更清晰的显示及更多娱乐等需求不断提升, 但这些功能却会大量消耗电源, 其中绝大多数的电源电压并不相同, 随着电流需求不断增加, 使得它们需要更多电能, 例如从2G语音电话升级到3G视讯电话后, 对功率需求便增加一倍。在同一手机中融人更多元化的功能, 其功率消耗也会随之增加, 这是未来电源管理芯片发展的明确趋势。

　　由于手机大量采用LDO来为手机各个部件进行供电,LDO 虽然具有成本低、封装小、外围器件少和噪音小的特点, 但其转换效率低, 且只能用于降压的场合, 加上LDO效率取决于输出/输人电压之比, 在输人电压为3.6V、输出电压为1.5V的情况下, 效率只有41.7[%], 这样低的效率在输出电流较大时, 不仅会浪费很多电能, 而且会造成芯片发热影响系统稳定性。而3G手机各个部件需要多个电压等级的供电, 在很多情况下, 尤其是压差大的情况下, LDO已经难以满足供电需求, 因此DC/DC的解决方法成为一种取代LDO的解决方案。 　　DC/DC转换的优势是升、降压均适用, 效率又高, 目前已经有自动PFM/PWM方式和用DC/DC+LDO双模式的电源管理解决方案, 虽然无论哪种方案成本都将高于LDO, 但的确能够解决LDO低效和只能用于降压的问题, 未来3G手机产量的提高和手机电源管理功能的提升, 将在一定程度上刺激手机电源管理IC市场的发展。

发展

　　电子技术的快速发展表现在小型化、节能环保、功能强大、价格下降等方面, 对电源管理提出新的挑战, 具体有以下几个特点：

　　大电流/低输出电压的应用

　　由于数字芯片的时钟越来越快, 意味着驱动电流越来越大, 以前只需要线形稳压, 现在就需要开关式稳压, 以前仅需要一相电源, 现在就需要两相或多相电源。另外CPU由于速度越来越快, 散热已成为其发展的瓶颈, 因此采用多核心技术, 英特尔已经在规划80个core的CPU, 对电源要求更高。

　　电源转换效率提升

　　不同的半导体制程需要不同的供电电压, 形成多而广得输人电压, 对电源管理提出挑战。而且新的替代能源的使用, 以及节能环保的要求加强电源管理功能。

　　整合电路设计

　　目前各种功能高度的整合已经成了电子产品的宿命, 如现在的手机就将通信、PDA、GPS、电视等集成在一起, 要避免相互间的干扰, 需要电源也随之改变。虽然整合模拟和数字电路的SoC设计概念日益普及, 但市面上号称的SoC芯片却因数字、模拟制程整合不易、成本过高和效能不若预期, 因而形成高整合度和高效能间的两难, 因此部分模拟电路如电源管理IC在短期内并不适合作整合, 仍将持续独立于SoC芯片之外。

　　封装要求

　　由于产品散热要求更高, 需要将新型、小型的封装技术引人到电源产品中。另外对于功能整合,SiP可能在SoC尚未成型之前, 成为一个重要的解决方。SiP是将不同的芯片或其它组件, 通过封装制程整合在一个封装模块内, 以执行相当于系统层级的功能。

　　良好的服务

　　因电源IC通用型都不强, 作为配套产品与整机厂协作, 一是要说服人家采用, 二是需要提供良好的服务。

　　其他对电源的要求有高性价比、生产的可靠性等。另外从目前产业状况来看, 电源管理IC的设计人才, 要比数字IC缺乏, 而且电源IC需要的知识面和经验度更高。值得一提的是数字电源芯片产品, 近两年来该产品一直是业界关注的焦点, 但却叫好不叫座, 市场推广应用一直没有实现高速发展, 而且从目前来看数字电源在近一两年仍然难有大的突破。首先是因为下游厂商对数字电源芯片的认可、评估、产品设计和量产规模采购等都需要一定时间, 其次是数字电源芯片本身在响应速度、成本和面积等方面可能和传统模拟电源芯片相比存在一定差距,还有就是设计人员本身的习惯, 以及使用数字电源的产品设计复杂程度等问题。此外, 由于目前数字电源供应商较少, 销售渠道开拓远远不够, 所有这些因素都可能成为数字电源大规模推广应用的障碍。