一、定義
電源ic是指開關(guān)電源的脈寬控制集成,電源靠它來調(diào)整輸出電壓電流的穩(wěn)定。
二、發(fā)展與分類
隨著電子技術(shù)的發(fā)展, 尤其是目前便攜式產(chǎn)品流行和節(jié)能環(huán)保的提倡, 電源IC發(fā)揮的作用越來越大。幾年前, 電源IC還僅僅是集成穩(wěn)壓器件和DC/DC轉(zhuǎn)換器, 但現(xiàn)在電源IC涵蓋很多內(nèi)容,包括AC/DC、DC/DC、LDO(低壓差線形穩(wěn)壓器)、電池充放電管理、PWM控制器、Reset、PFC(功率因數(shù)校正)、節(jié)能控制、功率MOSEFT等等。
電源IC現(xiàn)在的發(fā)展趨勢已經(jīng)不局限于單一功能,而是將各種功能整合在一起,所以電源IC目前更多的被稱為電源管理IC,或電源管理單元(PMU)。
三、電源IC在整個IC中的角色
目前我們最常提到的是電子產(chǎn)品的數(shù)字化, 比如一臺電腦主板, 最主要的是CPU, 其次是邏輯存儲器, 這些都是數(shù)字化器件, 但對自然環(huán)境的檢視,如對聲音信號、對影像信號的拾取, 就要依靠模擬器件。將信號輸出給人類感知, 同樣離不開模擬技術(shù),比如將聲音放大輸出, 圖像顯示等。就是目前最先進的LCD顯示, 雖然是用數(shù)字技術(shù)實現(xiàn), 但為了達到更佳顯示效果改用LED背光, 對LED背光的控制實際又回到模擬方式。另外對交流電源的轉(zhuǎn)換利用,對電池的電壓變換和充放電也是模擬技術(shù)應(yīng)用的重要方面。目前IC制造已經(jīng)進人65納米時代, 邏輯IC普遍落后一個世代, 不同數(shù)字器件有不同的制程, 所以需要不同的供電電壓, 因此更需要電源管理這一模擬技術(shù)。所以說隨著數(shù)字技術(shù)的發(fā)展, 模擬技術(shù)分布于數(shù)字技術(shù)周邊, 與數(shù)字技術(shù)密不可分。
在整個模擬IC中, 電源管理IC又扮演著非常重要的角色。除了省電、低耗電的可攜式產(chǎn)品日趨普及, 新興替代能源, 如太陽能、生物能源等節(jié)能環(huán)保等, 包括面板驅(qū)動IC、LDO、白光背光源LED驅(qū)動IC、充電裝置CMOS Sennor或是等已成為模擬IC業(yè)者開始投人的領(lǐng)域, 如何通過更低耗電的設(shè)計以減少電力的消耗, 及更輕薄短小和更低價錢已成為廠商努力的方向。電源IC可以說是單價不高, 但責(zé)任重大。
四、電源IC的應(yīng)用發(fā)展與挑戰(zhàn) 電子技術(shù)的快速發(fā)展表現(xiàn)在小型化、節(jié)能環(huán)保、功能強大、價格下降等方面, 對電源管理提出新的挑戰(zhàn), 具體有以下幾個特點:
1、大電流/低輸出電壓的應(yīng)用
由于數(shù)字芯片的時鐘越來越快, 意味著驅(qū)動電流越來越大, 以前只需要線形穩(wěn)壓, 現(xiàn)在就需要開關(guān)式穩(wěn)壓, 以前僅需要一相電源, 現(xiàn)在就需要兩相或多相電源。另外CPU由于速度越來越快, 散熱已成為其發(fā)展的瓶頸, 因此采用多核心技術(shù), 英特爾已經(jīng)在規(guī)劃80個core的CPU, 對電源要求更高。
2、電源轉(zhuǎn)換效率提升
不同的半導(dǎo)體制程需要不同的供電電壓, 形成多而廣得輸人電壓, 對電源管理提出挑戰(zhàn)。而且新的替代能源的使用, 以及節(jié)能環(huán)保的要求加強電源管理功能。
3、整合電路設(shè)計
目前各種功能高度的整合已經(jīng)成了電子產(chǎn)品的宿命, 如現(xiàn)在的手機就將通信、PDA、GPS、電視等集成在一起, 要避免相互間的干擾, 需要電源也隨之改變。雖然整合模擬和數(shù)字電路的SoC設(shè)計概念日益普及, 但市面上號稱的SoC芯片卻因數(shù)字、模擬制程整合不易、成本過高和效能不若預(yù)期, 因而形成高整合度和高效能間的兩難, 因此部分模擬電路如電源管理IC在短期內(nèi)并不適合作整合, 仍將持續(xù)獨立于SoC芯片之外。
4、封裝要求
由于產(chǎn)品散熱要求更高, 需要將新型、小型的封裝技術(shù)引人到電源產(chǎn)品中。另外對于功能整合,SiP可能在SoC尚未成型之前, 成為一個重要的解決方。SiP是將不同的芯片或其它組件, 通過封裝制程整合在一個封裝模塊內(nèi), 以執(zhí)行相當于系統(tǒng)層級的功能。 良好的服務(wù)
5、因電源IC通用型都不強, 作為配套產(chǎn)品與整機廠協(xié)作, 一是要說服人家采用, 二是需要提供良好的服務(wù)。其他對電源的要求有高性價比、生產(chǎn)的可靠性等。另外從目前產(chǎn)業(yè)狀況來看, 電源管理IC的設(shè)計人才, 要比數(shù)字IC缺乏, 而且電源IC需要的知識面和經(jīng)驗度更高。
五、電源IC的產(chǎn)業(yè)狀況
電源管理IC產(chǎn)業(yè)應(yīng)該是一個新興的產(chǎn)業(yè), 近幾年成長率最高的企業(yè)達到70%, 整體復(fù)合增長率達到30%。
大陸地區(qū)約有幾十家企業(yè)。主要廠商有昂寶、聚元、圣邦微、長運通、中芯微、晶豐、啟達等, 大陸廠商產(chǎn)品功能較專, 起點不高, 還沒形成很大的規(guī)模, 但各有特色, 如昂寶新穎的“ 頻譜擴展”(frequency shuffling)專利技術(shù)被應(yīng)用在其大部分IC中, 大大改善了系統(tǒng)EMI性能和系統(tǒng)設(shè)計的簡約性, 減少了待機功耗。此外, 為了響應(yīng)“ 環(huán)保”要求, 昂寶還推出了綠色節(jié)能的AC/DC電源控制芯片, 其AC電源適配器、充電器、通信用開關(guān)電源、一體化的LCD TV及顯示屏背光電源系統(tǒng)等不僅能顯著提高開關(guān)電源系統(tǒng)在輕載與滿載下的能量轉(zhuǎn)換效率, 還直接符合近年的各項省功要求。
歐美有模擬產(chǎn)品的半導(dǎo)體大廠幾乎都涉足了電源管理IC領(lǐng)域, 如國家半導(dǎo)體、德州儀器、美信、飛兆、安森美半導(dǎo)體、Intersil、理光、意法半導(dǎo)體等。從全球整個電源Ic產(chǎn)業(yè)格局來看, 還是歐美廠商統(tǒng)領(lǐng)天下。臺灣地區(qū)廠商得利于與晶圓代工業(yè)者和系統(tǒng)廠商的良好關(guān)系, 也處于良好發(fā)展期。大陸廠商在一批歸國學(xué)者帶領(lǐng)下, 正在迎頭趕上。