电源创新中的热门趋势

TI公司供稿

行业的发展趋势往往由无法完全满足的需求所驱动。无论是时尚业、娱乐业、政治界亦或是电源管理领域，都存在这样的现象。一旦某个发展趋势受到公众的认可，创新的机会也就应运而生了。虽然有些趋势就像是昙花一现，然而也有一些趋势却经久不衰。

也许是因为最新电源管理技术的相关难题，或者是电源管理行业保守的本质，电源领域的发展趋势往往具有很长的生命周期。但是我们不能仅仅因为行业中存在一个固有的趋势就止步不前。当不再有创新的机会时，所谓趋势也就失去了本质意义；然而，当技术能够实现新的创新时，一些潜在的趋势也会被唤醒。趋势与引导趋势的技术之间存在着一些差异。

电源管理领域不断发展的趋势包括：
•    功率效率。
•    功率密度。
•    能量采集。
•    数控电源。
•    实现快速设计的电源管理工具。
•    宽VIN电源。
•    高集成度。
•    智能电源。

您一定能在北卡罗来纳州夏洛特市举办的2015应用电力电子展会 (APEC) 上发现这些趋势下的创新实例。

让我们将注意力集中在TI认为是最重要的3个趋势上，我们将见证增长最快速的创新领域：
•    更高的功率密度。
•    智能电源。
•    能量采集。

功率密度

功率密度领域的竞争就像是20世纪80年代的“军备竞赛”，在那时，很多公司花费大量的研发经费来使自己保持领先地位。这些公司竭尽所能地以最小体积的器件来处理最大的功率。然而这一趋势也带来了诸多挑战，如全新的拓扑（无桥功率因数纠正）、更高的开关频率，当然也包括功效的提高。在辅助器件方面，我们也拥有了全新的技术：诸如氮化镓 (GaN) 和碳化硅 (SiC) 开关器件等宽带隙 (WBG) 器件。我们还需要支持面向这一趋势的生态系统，其中包括更快速的驱动器和那些能够管理这些驱动器和开关器件功能的控制器。具有10ns以下最低脉冲宽度以及更短传播延迟的器件在实现那些能够支持更高功率密度发展趋势的拓扑方面发挥了关键作用。很多高功率密度演示使用了高性能数字电源控制器，这些控制器本身不会消耗很多电能，但需要有非常好的边缘控制以及极快的数据转换器来实现回路控制。此外，它们还需要能够迅速计算针对下一开关周期响应时间的电路。所以，不难看出，功率密度的重大改进为创新提供了肥沃的土壤。

智能电源

智能电源是一个主要创新趋势，通过让系统管理电源子系统来满足系统效率要求。在过去，电源子系统基本上是自我管理的。根据系统需求，电源设计人员可以在排序、软启动和停止以及故障检测响应等方面配置电源，但是这些基本都属于基本配置。目前的系统要求电源子系统和主系统之间更加实时的合作与配合。诸如电源管理总线 (PMBus) 的工业接口有助于接口和数据协议的标准化，但是在系统与电源配合工作时它才会发挥真正的优势。在大多数情况下，系统往往会提前知道何时改变工作模式，而这将要求电源系统的运转方式作出相应的改变。与电源系统分享这些信息使得电源能够做适当的响应。

当系统与电源子系统能够以较高的电平进行通信时，我们将迎来巨大的创新机会。目前的系统使用动态电压缩放 (DVS)，系统告诉电源子系统改变输出电压。虽然这个方法有效，但是能做到的并不仅仅是这些。以更高的电平传递更多的信息可以将更丰富的信息提供给多维电源，而这更好地满足了对响应的需求。混合信号处理技术使设计人员能够实现最优分区。电源集成电路 (IC) 设计人员能够将数字智能器件与最佳模拟电路紧密结合在一起。这使得集成电源转换器能够满足对更加智能电源子系统的需要，以使其可以更加轻松地与主系统配合工作。未来的器件将加快解决总体系统效率的发展趋势。

能量采集

能量采集发展趋势是实现物联网(IoT)的主要推动者。很多IoT器件依赖于无线连接方面的创新，但是要想实现真正地高效运转，这些IoT器件需要采用无线供电方式。电池当然可以为IoT供电，但是在后续使用中的电池替换会是一个问题。只要能够提供所需的全部电能，那么从环境中采集能量将是明智选择。采集环境能量为创新提供了很多机会。改进能量采集器的效率是主要的研究领域，但是如何管理这些采集到的能量也同样重要。环境中的能量并不一直那么稳定，所以必须在能量充足时将能量储存起来，以备不时之需。为了实现这个目的，能量采集管理单元应该消耗尽可能少的能量。

IoT的另一个问题是，为了最大限度地减少所需总能量，峰值平均功率比往往比较极端，经常超过1000比1。能量管理单元需要在保持极低功耗的同时，以极短的延迟时间处理这些请求。

也许大家都没有意识到，数字电源控制成为流行的电源管理趋势并在APEC引起热议已经是十年前的事了。这表明数字电源控制并非全新的趋势，而是因工艺技术创新而重新焕发活力。在这场工艺技术创新中，高性能数字电路可以与高性能模拟电路集成在同一芯片上。我们可以在某些领域应用中发现相同的情况。例如在IC封装中以低成本的方式集成高性能无源元件。

我们很难区分原因与结果，就像是先有鸡还是先有蛋这个问题一样，很难给出答案。是技术拉开了某个发展趋势的序幕，还是一个发展趋势催生了一项技术？但有一点是很明显的，我们不能再坐等创新趋势了。就像谷歌举办的“小盒子挑战赛”(Little Box Challenge) 所告诉我们的那样，如果我们不推动行业创新，那么其他人就会这么做。

APEC上的TI

在2015年的APEC上，TI计划重点介绍几项数字电源和GaN技术方面的进展，并且首次推出有助于加快工业、智能电网和汽车应用等领域电源设计的全新尖端工具。以下是将在TI展位（第1001号）上展出的演示内容：
•    数字电源：面向数字电源配置和建模的动态同步整流控制、端到端PMBus负载点DC/DC解决方案、硬件和图形软件工具，以及用于将太阳能转换为电能的工具。
•    DC/DC：利用SIMPLE SWITCHER® 纳米模块、同步稳压器以及汽车启停电源轻松实现的宽VIN多轨电源。
•    LED照明：一款支持火警选通和同步功能的高效、降压、高功率LED驱动器。
•    WEBENCH® 电源设计工具和TI Designs参考设计库。TI将赠送与会者一个装有大量演示参考设计的U盘。

TI的一些电源领域专家也将出席技术会议，其中的两个技术会议将主要介绍宽带隙电源器件的影响以及TI如何使GaN技术更加可靠。

如需获得更多信息，并随时了解TI在整个APEC期间的活动，敬请访问http://www.ti.com/apec15。