摘要：面對越來越嚴格的能效等級，電源產品面臨著全新的技術需求挑戰，未來幾年，電源半導體企業需要滿足更為嚴格的電源設計需求。

　　大家都在談綠色低碳，談節能減排，談保護環境，在清潔能源與可再生能源價格依然居高不下，以及其應用總是受各種制約的前提下，最直接的實現節能降耗又不影響消費者用戶體驗的辦法還是提升電源的能源轉換效率。

　　從輸電網絡的交流電，到用電終端的各種直流驅動設備工作，隨著消費電子產品逐漸取代工業產品成為能源消耗的主力，提升消費電子的能源轉換效率，以此盡可能降低不必要的能源轉換效率，是最直接有效，也是最簡單的節能降耗的辦法。

　　政府一向是推進電源效率要求的規則制定者，金牌電源由美國80PLUS政府機構定義和認證,只有達到該認正標準的才能在美國銷售。其中金牌的標準要求PFC+PWM的效率>90%，銀牌要求>88%，銅牌要>85%，而至少>80%才能算合格的電源。現在更新的電源標準已經出臺，分別是>92%的白金牌電源和更為苛刻的>94%的鈦金牌電源標準。

　　白金牌電源標準的要求具體包括：AC-DC 從PFC到DC輸出轉換效率達到92%;待機功耗低于0.15W;高的功率密度，小的體積(300W/立方英寸);以及高的可靠性，平均無故障工作時間〉5000小時。鈦金牌電源具體要求是：AC-DC從PFC到DC輸出轉換效率達到94%; 待機功耗低于50mW, 即低于0.05W;更高的功率密度，更小的體積;更高的可靠性，平均無故障工作時間要達到一萬小時。

　　從節約能源及環境保護的要求，必須設計、制造最高效率的開關電源變換器。對于AC-DC，其效率要達到金牌標準，就必須達到90%以上。對于DC-DC，其效率要達到金牌標準，就必須達到95%以上。而綠色電源的定義，空載功率損耗<0.3W，電磁干擾EMI達到國際標準，生產工藝為無鉛作業無污染作業。研讀這兩個最新的標準具體需求，轉換效率和待機功耗是其中非常重要的兩個量化指標，而要滿足這兩個數字指標的要求，對電源設計者及半導體廠商提出了嚴格的技術要求。

　　新能效提出新挑戰

　　對于白金和鈦金牌系統，會有兩個“較新”的要求：(1)在現有負載點(20%、50%和100%)下具有更高的效率標準;(2)新的10%負載點下最低工作效率要求。為了滿足這些標準的要求，必需考慮電源控制技術以及半導體元件。

　　要獲得更高的效率，便必需考慮結合LLC諧振半橋等諧振模式控制技術，以及次級端同步整流技術。在負載范圍內不同控制技術的效率曲線也不相同。例如：雙管反激式解決方案的平均效率高于LLC諧振半橋方案(后者在滿負載條件下具有出色的效率)。更高的平均效率意味著在所有負載點下更容易滿足最小值標準要求。此外，必需考慮使用超級結MOSFET等具有低導通阻抗的半導體元件來降低開關損耗。最后，仍然需要使用開關電源(SMPS)專有技術，最大限度地提高給定設計的效率。

　　面對越來越嚴格的能效等級，電源半導體產品面臨著全新的技術需求挑戰，未來幾年，面對越來越嚴格的能效等級，新能源、照明、電信、智能電網、智能家電等市場都具有巨大的增長空間，智能化電源將會受到越來越多的青睞。另外，嚴格的能效等級也會促進電源管理產品向高效、節能、環保的方向發展。如何提高系統電源的效率是市場所關心的問題之一，注重滿載效率的同時，輕載效率，靜態功耗也成為設計人員的關注點。

　　安森美半導體電源市場全球銷售及營銷高級總監鄭兆雄總結電源半導體產品的主體發展趨勢體現在以下方面。

　　1 高能效：提高從滿負載到待機(空載)等完整負載范圍內的能效，且要提升散熱性能。

　　2 減小尺寸及提升功率密度：利用優化的開關拓撲結構設計更小電源、提高集成度、降低物料單(BOM)元件數量及成本。

　　3 全球法規及能效標準更趨嚴格：要確保方案符合規范要求，配合功率因數校正(PFC)及待機能耗要求。

　　電源管理與功率半導體是改善能效中非常重要的兩個部分。在日常生活中，功率半導體應用于從移動通信到航天電子的廣泛電子應用之中。最普遍的功率應用是轉換、管理和分配。這些應用的基本子系統包括AC-DC、DC-DC和DC-AC，所有三種子系統的主要發展推動力量是采用性能更高的開關和控制電路。發展趨勢是在系統加入更多的功率電子內容，以便提供各種功能如更便捷的顯示(用于消費電子產品的LED顯示)、通信(聯網)，以及系統監控和保護。為了迎合系統發展趨勢，功率半導體供應商正在推出具有高能效水平、高集成度和多電源軌的器件。　　

           

　　在功率分立器件方面，MOSFET正在從平面技術轉向Super Junction (電荷平衡)技術，以期改善導通狀態電阻率(Rds(on))并實現快速開關。至于IGBT技術，則應用溝槽技術來減小片上橫向隔離結構的尺寸，有助于減小芯片面積，同時保持性能。據報道，功率分立器件供應商幾乎達到了基底材料，硅材料的極限。因而，新材料半導體器件預計將會替代傳統的硅半導體器件。寬能帶隙(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。

　　即便市場需要更高效的產品，功率半導體客戶也仍然需要提升價值。例如，進一步改進大多數廣泛使用的硅器件，比如IGBT需要降低Vceon的來減少功率損耗，縮小芯片面積來降低成本，以及利用創新的芯片貼裝技術來擴大溫度范圍并提高可靠性，這些都是今天的市場所需要的。美高森美功率產品部門戰略業務發展總監Keith Westrum介紹，他們和客戶正在探索使用更高的工作頻率來減少實物的尺寸和降低其產品的總體成本。