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節能:有條件的自我救贖

作者:李健 時間:2012-02-17 來源:電子產品世界 收藏

  明顯地,寬帶隙(WBG)半導體器件如SiC和GaN開關正在涌現,這些器件采用高成本效益的工藝技術來達到規模經濟效益,從而保障大批量生產率。大規模推出WBG半導體的速度取決于市場的需求。市場對高效率、高密度和高溫度應用器件的需求不斷增長,推動功率半導體供應商以較預期更快的速度投入WBG半導體產品的競爭之中。

本文引用地址:http://www.j9360.com/article/129159.htm

  過去,功率半導體是作為單獨的功率分立器件來開發的,有MOSFET、IGBT、二極管和功率控制器。但是,BCD工藝技術的開發,以及各種便攜設備的推出,引導功率半導體供應商開發具有低成本和小占位面積的單芯片解決方案。自2000年以來,功率半導體器件領域一直是通過開發ASIC和ASSP功率管理IC來滿足不同的市場需求。

  提升效率

  最直接有效的節能手段就是利用盡可能高的效率來驅動電子設備。所以,提升效率是半導體對節能科技最直接的貢獻,從最初的80%到目前已經要求接近90%轉換效率的能源之星標準越來越嚴格,對產品的設計和整體系統設計提出全新的要求。

  安森美半導體鄭兆雄總結提升能效的市場需求認為,需要結合采用更高能效的IC、功率器件和/或電機/電機驅動方案,以系統途徑來提升產品能效。不僅要提升電源工作效率,又要改善功率因數,降低待機模式及輕載模式下的能耗。例如,由于通過電源的總電能中約有75%是在工作模式下消耗的,故提升電源在工作模式下的能效及降低損耗至關重要。而提升開關電源工作能效的一種有效技術是次級同步整流。此外,系統設計人員也面對不停減少電子設備電量消耗的挑戰。消費類白家電如空調、洗衣機及冰箱等也正采用更高能效的變速電機來節能,“智能家電”的出現結合高能效電機的應用,將能耗降至最低。這相應地推動了白家電電源、通信及用戶接口方案采用更多電子及半導體成分的商機。  

        德州儀器大中華區銷售與市場總經理、中國總裁謝兵則表示,利用先進技術降低能源消耗是TI重點關注的領域。TI提供領先的DSP、微控制器(MCU)、模擬和電源管理解決方案,致力于提高能源使用效率,將現有能源的消耗降到最低。例如:TI提供的行動和視頻感應裝置可以自動控制建筑物中空調和照明系統的開啟;利用TI先進的便攜電源管理技術,單電池的使用壽命可以超過20年;混合動力車中的電池管理器件顯著提高了車輛的行駛里程和供電系統壽命; TI的先進馬達控制和電源管理設備使工業應用和家用電器的能效有了顯著的提高。

  ADI張潔萍從工藝角度分析認為,功率器件工藝的改進是提高效率的關鍵;從系統角度出發,符合系統應用及工作狀態的控制方式極大地提高了系統效率。控制器件通過檢測系統的工作狀態,動態地調節輸出電壓來達到效率優化的目的。隨著系統容量的不斷擴充及空間的考量,電源的通道數有所增加,控制器件通過檢測輸出功率,調節輸出通道的開通與關斷來達到提升系統效率的目的。

  照明的節能改造是最快速、最輕松的節省能源、降低成本的途徑之一。LED光源市場預計年復合增長率達到22%,其市場規模在2014年將達到80億美元。而這僅僅涵蓋LED普通照明應用,并不包括其他非常大的LED市場領域,比如移動設備、交通燈、標識系統、液晶電視和計算機背光照明等。然而,在所有照明應用中,成本是一個主要因素。LED驅動解決方案必須盡可能便宜,同時提供應用所需的性能水平。  

        國際整流器公司亞太區銷售副總裁潘大偉還特別指出,利用變頻電機的空調和洗衣機等家電產品的不斷普及。不過,電子控制單元的設計十分復雜,涉及數字、模擬和功率級。與此同時,針對大容量家電市場,設計人員必須以相對較低的成本實現高性能,他們希望獲得具有小巧外形和高集成度的組件,以簡化生產。譬如,iMOTION這樣的集成設計平臺,就是一種優化的系統結構,將專有高壓IC與數字、模擬和功率模塊,以及家電產品中面向無傳感器電機控制的數字控制算法結合在一起。

  被忽略的盲點

  盡管電源管理對新式電子系統的可靠工作至關重要,但是,凌力爾特電源產品部產品市場總監Tony Armstrong認為,在今天的系統中,穩壓器也許是最后一個仍然存在的、沒有辦法直接配置或監視關鍵電源系統工作參數的“盲點”。因此,電源設計師一直被迫使用混雜在一起的一堆排序器、微控制器和電壓監察器來設定基本的穩壓器啟動和安全功能。數字可編程的 DC/DC 轉換器已經使用很多年了,尤其是在具有 VID 輸出電壓控制的 VRM 核心電源中。但是直接從穩壓器監視工作狀態信息的能力,尤其是監視實時電流的能力,仍然一直缺失。

  另一方面,諸如 I2C 等標準串行數字總線的使用使進出數字 DC/DC 轉換器的通信能簡單、高效率地進行,而且 PMBus 等新出現的標準為組件實現互操作性提供了方便。包括啟動特性和定時、輸出電壓和電流限制、裕度控制規格、以及過壓和欠壓監察在內的重要穩壓器參數都能直接以數字方式設定,從而取代了用電阻器和占用大量空間的排序及監視產品進行設定的方法。此外,諸如溫度、輸入和輸出電壓及電流等關鍵工作參數可以非常容易地監視,并可用來優化系統性能和可靠性。

  Tony Armstrong指出,數字電源系統管理的一個主要好處是降低了設計成本,加快了產品上市。利用一種具直觀式圖形用戶界面 (GUI) 的全面開發環境,可以高效率地開發復雜的多軌系統。這類系統還能通過 GUI 而不是通過焊接在“白色導線”定位點中實現更改,因此簡化了電路內測試 (ICT) 和電路板調試。另一個好處是由于提供了實時遙測數據,所以有可能預測電源系統故障,并采取預防性措施。也許最重要的是,具有數字管理功能的 DC/DC 轉換器使設計師能開發“綠色”電源系統,這類系統能在負載點、電路板、機架甚至系統安裝級以最低能耗滿足目標性能要求 (計算速度、數據傳輸速率等),從而在產品的壽命期內,降低了基礎設施成本和總體擁有成本。



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