有研究数据显示,电气类能源到2010年可实现80%是可控的(1997年这一数字为40%),不可控部分则降至20%,而在这一发展过程中电源管理和供电元器件将扮演主要角色,也在不断地催促新的技术革新。总的推动力量就是各类通信和信息技术应用对洁净、高效率以及可靠能源不断增长的需求。
Yorbe Zhang, 总编辑, 《电子工程专辑》
具体来说,以下几方面的因素将深刻影响电源管理和供电元器件技术和市场发展:
- 各国各地区对节能的倡导
- 电子系统和设备(包括电源单元)的小型化趋势
- 越来越多的相关法规要求限制电子产品的待机功耗和EMI指标
- 便携式产品对电池寿命和待机时间的苛刻要求
- 针对高能效和无噪声消费类应用的先进驱动电路正赢得越来越多的青睐
为了适应上述需求和趋势,业界对改善电源管理器件节能和效率的追求从未停下脚步。以英飞凌科技最新推出的CoolSET F3产品为例,其声称在同类产品中待机功耗最低,并超过了如能源之星和德国蓝天使生态标准规定的指标。在一台标准的30W DVD录像机中,CoolSET F3器件的待机功耗小于100mW。实现这一点的主要因素在于英飞凌公司在这款由Cool MOS和固定频率PWM控制电路集成在一起的芯片中实现了在10V栅压下最大650毫欧的导通电阻。集成的多种功能,如自动突发模式、电机启动过载保护等省去了对外围其它电路的需求,
另外一项值得一提的技术突破是英飞凌在部分型号中采用了固定频率微浮动方案,即固定时钟频率实际是一定值与几个百分比的抖动叠加的频率。这种方法可以有效地扩展频谱,从而降低了EMI,并降低了对外围器件,如滤波器的要求。
类似地,安森美公司也在某些产品,如电流模式PWM控制器中内置了软启动及+/-6%的频率抖动功能,以提高EMI性能,并实现了峰值电流+/-5%的精度,较传统的+/-10%可以说是取得了令人瞩目的进展。
在这里也想通过安森美的产品来展现一下电源管理器件效率提高方面的进展。首先是安森美的一款用于传统桌面电脑的ATX电源架构,通过采用简单同步整流和有源箝位技术,该架构实现了电源效率由60%至80%的提升,需要注意的是它可以在轻负载至满负载变化之间实现80%的效率。能做到这一点确实值得一提。
另外,电源业在提高超低电压应用领域的电源器件效率上也取得了长足的进步。例如采用1.5V主电源并需要降压至1.2V时,DC/DC开关稳压器没有什么优势,而这时如果存在较大的输入与输出电压差,标准线性低压差稳压器(LDO)也无法完成这个任务,因为其压差通常高于300mV。可以考虑的解决方案是采用新兴的非常低压差(VLDO)稳压器,其输入电压范围接近1V,压差低于300mV,内部基准接近0.5V。这样的VLDO稳压器可以实现将电压从1.5V降至1.2V,转换效率为80%。因为在这一低电压上的功率级通常为100mA左右,那么30mW的功率损耗也是可以接受的。VLDO的输出纹波可低于1mVP-P,所以将VLDO作为一个降压型开关稳压器的后稳压器就可容易地确保低纹波。
作者:Yorbe Zhang
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