电源管理面临大、小、多、少的挑战

来自Databeans的数据显示，2004～2010年，全球电源管理市场的年均增长率为15％，增长的驱动力主要来自3C领域，特别是便携式消费电子产品最为突出。但是，在便携产品推动电源管理市场向前发展的同时，也对电源管理产品提出了严峻的挑战，在征集了各电源厂商的综合观点之后，可以用“大、小、多、少”四字加以简要概括。

大，最大化电池寿命、效率最大化。电池的使用寿命已经是消费者购买产品时非常关注的一个因素。很多消费者甚至宁愿牺牲一些产品功能，也要选择电池工作/待机时间长的产品。“对于便携式消费类电子产品而言，来自电源的挑战永远都不外乎尽最大可能地延长电池的供电时间，相信没有哪个消费者愿意购买在电影播放中间需要更换电池的便携式DVD。”Zilker Labs市场营销副总裁Jim Templeton如是说。对此，Linear电源产品市场经理Tony Armstrong也认为，延长电池供电型便携产品中电池运行时间的需求是推动电源管理市场发展的关键因素之一。

小，体积最小化、成本最小化。虽然便携产品的体积在不断缩小，成本也在不断降低，但是在保证性能的前提下，体积更小、成本更低的产品必然更具竞争力。如何使电源管理IC的封装越来越小、封装的厚度越来越薄也是电源管理IC要解决的难题之一。而在缩减成本方面，相信没有哪个商家不精打细算，因为利润永远是商家追逐的目标。对此，TI中国区模拟业务销售总监王剑表示，电源管理面临的关键任务之一就是如何最大化产品的性价比。
多，电压需求多样化。现在的便携产品通常都会集成视频、音频、照相/录像、文件存储等多种功能，比如PMP，能够进行音视频播放、录像、文件存储等，手机能够拍照、听音乐、上网等。不同功能的实现，都需要不同的电压供应，而且要求电压稳定可靠、干净、高效，这也是电源管理面临的一个挑战。“电源管理系统正在日趋复杂化，一个产品通常会需要5V、3.3V、2.5V、1.8V、1.5V、1.2V、0.9V、0.7V等多种电压，如何有效地管理多种电压，并且使之互不干扰，是电源设计中正面临的一个难题。”TI的王剑说。美国国家半导体亚太区便携式设备电源管理产品市场经理罗振辉指出：“便携式电子产品的不同系统需要不同的供电，而顺序供电是电源管理集成电路必须面对的复杂问题。”

对此，Jim Templeton 表示：“特定产品中的每种功能都有特殊的电源需求，因此，电池的充电和检测就构成了电源管理挑战的重要部分。便携式产品的最终电源管理解决方案将是高度集成的，而且能够充分利用产品中每个功能的实时信息，因而能够实现最低的能耗，最长的电池寿命。”

少，设计时间最少化。市场竞争的日趋激烈和产品的快速更新换代，使得商家不得不在尽可能短的时间内将产品推向市场，以抢占先机。为此，产品的设计周期也从过去的12～18个月变为6个月甚至更短。这使传统的模拟设计人员面临严峻的挑战。

总之，如何在更短的时间和更小的空间内，以更低的功耗和成本实现日趋复杂化的对多种电压的管理需求，是电源设计者需要解决和突破的难题。

数字先行还是模拟先行？

面对便携产品对电源管理提出的诸多苛刻要求，电源业者自始孜孜以求，不断开拓创新。一方面，传统的模拟电源方案，经历了数十年的不断发展完善，在很多应用领域已堪称理想之选；另一方面，在传统模拟方案比较棘手的领域，如减少控制回路的元件数目，增强系统稳定性，实现灵活的可配置能力和通讯能力等，电源业者也已经另辟蹊径，冲出了传统模拟技术的樊篱，开始问鼎数字电源技术。

“在简单易用、参数变更要求不多的应用场合，模拟电源产品更具优势，因为其应用的针对性可以通过硬件固化来实现；而在可控因素较多、实时反应速度更快、需要多个模拟系统电源管理的、复杂的高性能系统应用中，数字电源则具有优势。”TI的王剑说，“TI不仅有针对便携产品的丰富齐全的模拟电源产品系列，而且也是数字电源市场的倡导者和领导者，近期推出了UCD9k、UCD8k和UCD7k三种数字电源产品，其提供的数字通信与监控功能，有助于实现复杂的电源转换，包括多相位控制、非线性控制、负载均流以及故障预测等，而这些功能是在完全模拟方案中难以实现的。”同时王剑也表示，在未来10年之内，模拟电源仍然将是市场的主流；数字电源目前主要应用在一些对电源有特殊要求的高端市场，未来的增长速度也会比较缓慢。

美国国家半导体作为电源行业的领导厂商，率先为特殊应用标准产品推出了很多具有高度灵活性的电源管理产品。罗振辉介绍：“更高集成度的模拟电源系统以及更先进的数字控制系统将是新一代电源管理技术的发展趋势。衡量模拟电路性能的重要参数如PSRR、效率及静态电流，外置元件体积等都有进一步改善的空间，而无源元件则应置于芯片内或完全不用。未来的电源管理系统必须采用高速数字控制接口，才能满足不断提高的频率要求。此外，新一代的电源管理系统也必须引进电压调节技术。”该公司的负载管理技术不但适用于CDMA电话，例如可以加强功率放大器的直流/直流控制，而且还适用于各种数字供电系统，例如可以调节频率及电压，以节省更多能源。

Linear则一直比较关注高性能模拟方案。Tony Armstrong认为，数字方法今后确实有望提升电源系统的性能，例如非线性、自适应甚至改善稳压器瞬态响应、电路板空间和总成本等，但是要想使这些成为现实，仍然有待在技术上取得突破。而且数字方案需要精细的用户接口和编程，以及电源系统和控制理论方面的大量专业知识，而这与客户要求简单易用的初衷有些相背离。针对便携应用，Linear有很多高性能模拟方案。如LTC3455能对AC适配器、USB电缆和锂离子电池之间的功率通量进行无缝管理，并遵循USB电源标准，体积只有4mm 4mm；LTC3208和LT3486是高性能白光LED驱动产品，用于为便携产品的LCD显示屏提供背光；另外还有专门用于手机中LED闪光灯驱动的LTC3454。

Silicon Labs的目标则是建立一个有弹性的数字控制器，满足电源供应、马达控制和电子镇流器在成本效益与封装上的特殊需求。“数字控制要真正受到重视，必须要在效率、性能、体积、成本方面比模拟方案更具优势。”该公司市场经理Brett Etter说，“目前数字控制技术已经被用于相对高端、专注在效能、需求量较少的应用中。今后，运用易于使用的工具，电源系统设计者可以快速地熟悉数字控制，相信数字控制技术会在低成本、大批量应用中获得无限的发展空间，终将成为市场主流。”其主打产品Si8250具有系统内可编程能力，可针对不同应用进行出厂配置或在应用现场重新配置，还可通过软件或缓存器来设定操作参数，避免使用无源器件由时间和温度造成的影响，使设计更为灵活，运行更稳定。

Zilker Labs是进军数字电源领域的新兵，Jim Templeton说，“在可预见的未来，模拟电源产品将继续发挥重要作用，对于没有特殊电源管理要求的产品，模拟方案是理想的选择；同时数字电源将被广泛用于需要管理多种电压、空间布局有限或需要提高效率的应用中。”凭借核心技术 Digital-DCTM，公司推出了独特的数字电源产品ZL2005，它无需用户编程，只通过简单的引脚连接、电阻选择或是器件上的板上串口，使用业界标准的PMBus命令集即可针对各种应用对芯片进行配置，并且其效率达到了90％，体积只有5mm 5mm。

无疑，未来电源管理产品的市场份额将十分诱人，很多市场分析机构都做出过类似的分析预测。面对乐观的市场前景，电源业者更要不断进取。不管是传统的模拟方案还是新兴的数字控制方案，都必须根据市场的需求不断进步。因为人类对技术创新的追求永无止境，电源管理也概莫能外。