电源技术的进展与电源管理的应用

三、电源管理应用

1、电源管理

电源技术的发展是以晶闸管 (可控硅)的发展作为基础的。 1979年发明了功率场效应晶体管 (MOSFET)，1986年生产了高压集成电路(HVTC)，也就是最早的电源集成电路(电源IC)。正是因为电源集成电路逐步成为功率半导体器件中的主导器件，把电源技术推向了电源管理的新时代。

电源管理半导体从所包含的器件来说，明确强调电源管理集成电路(电源管理IC，简称电源管理芯片)的位置和作用。电源管理半导体包括两部分，即电源管理集成电路和电源管理分立式半导体器件。

电源管理集成电路包括很多种类别，大致又分成电压调整和接口电路两方面。电压凋整器包含线性低压降稳压器(即LOD)，以及正、负输出系列电路，此外不有脉宽调制(PWM)型的开关型电路等。因技术进步，集成电路芯片内数字电路的物理尺寸越来越小，因而工作电源向低电压发展，一系列新型电压调整器应运而生。电源管理用接口电路主要有接口驱动器、马达驱动器、功率场效应晶体管(MOSFET)驱动器以及高电压/大电流的显示驱动器等等。

电源管理分立式半导体器件则包括一些传统的功率半导体器件，可将它分为两大类，一类包含整流器和晶闸管；另一类是三极管型，包含功率双极性晶体管，含有MOS结构的功率场效应晶体管(MOSFET)和绝缘栅双极型晶体管(IGBT)等。

在某种程度上来说，正是因为电源管理IC的大量发展，功率半导体才改称为电源管理半导体。也正是因为这么多的集成电路 (IC)进入电源领域，人们才更多地以电源管理来称呼现阶段的电源技术。

2、电源管理IC分类

电源管理半导体本中的主导部分是电源管理IC，大致可归纳为下述8种。

2.1、AC/DC调制IC。内含低电压控制电路及高压开关晶体管。

2.2、 DC/DC调制IC。包括升压/降压调节器，以及电荷泵。

2.3、功率因数控制PFC预调制 IC。提供具有功率因数校正功能的电源输入电路。

2.4、脉冲调制或脉幅调制PWM/ PFM控制IC。为脉冲频率调制和/或脉冲宽度调制控制器，用于驱动外部开关。

2.5、线性调制IC(如线性低压降稳压器LDO等)。包括正向和负向调节器，以及低压降LDO调制管。

2.6、电池充电和管理IC。包括电池充电、保护及电量显示IC，以及可进行电池数据通讯"智能"电池 IC。

2.7、 热插板控制IC(免除从工作系统中插入或拔除另一接口的影响)。

2.8、MOSFET或IGBT的驱动 IC。

在这些电源管理IC中，电压调节IC是发展最快、产量最大的一部分。各种电源管理IC基本上和一些相关的应用相联系，所以针对不同应用，还可以列出更多类型的器件。

3、电源管理的技术趋势

电源管理的技术趋势是高效能、低功耗、智能化。

提高效能涉及两个不同方面的内容：一方面想要保持能量转换的综合效率，同时还希望减小设备的尺寸；另一方面是保护尺寸不变，大幅度提高效能。

在交流/直流(AC/DC)变换中，低的通态电阻，符合计算机和电信应用中更加高效适配器和电源的需要。在电源电路设计方面，一般待机能耗已经降到1W以下，并可将电源效率提高至90%以上。要进一步降低现有待机能耗，则需要有新的IC制造工艺技术及在低功耗电路设计方面的突破。

越来越多的系统会需要多输出稳压器。例如带多输出和电源通路控制的锂离子充电电池，多输出 DC/DC转换器和具有动态可调输出电压的开关稳压器等。

电源管理IC的智能化，包括从电源控制到电量监测与电池管理。

4、电源管理IC应用领域   

电源管理IC应用在便携式产品(手机、数码相机、笔记本电脑、MP3播放器、移动硬盘等)、数字消费类电子产品(高清晰度电视机、LCD电视机和面板、DVD播放机)、计算机、通信网络设备、工业设备和汽车电子。其中消费类电子产品是电源管理芯片的最大应用领域。

所有这些应用和产品都需要相应的电源管理技术才能充分发挥它们的功能。IC方案需要解决产品差异化，电源管理效率，产品尺寸极小型化以及产品功能多样化。

四、结论

当代许多高新技术均与电网的电压、电流、频率、相位和波形等基本参数的变换与控制相关。电源技术能够实现对这些参数的精确控制和高效率的处理，特别是能够实现大功率电能的频率变换，从而为多项高新技术的发展提供了有力的支持。电源集成电路的发展，把电源技术推向了电源管理的新时代。电源技术及其产业的进―步发展必将为大幅度节约电能、降低材料消耗以及提高生产效率提供重要的手段，并为现代生产和现代生活带来深远的影响。