推动电源控制技术发展的电源管理模式之变化趋势

     为了满足不断发展的数字电子产品的需要，未来的电源控制器将采用同步整流技术等新技术以改善电源效率和瞬态响应特性，本文深入分析了未来电源管理中的这些技术趋势。
    
     在未来的几年里，数字技术的不断进步、终端设备中日益增加的分布式电源结构(DPA)以及便携电子产品市场的成长是电源管理技术进步的三大推动力。人们对更高效率、更高电源密度、更小占位面积、更大可靠性和更低成本解决方案的无休止追求，对电源设计提出了全新的要求。要满足这些新要求，离不开电源设计的创新和新一代电源控制器的鼎力相助。新一代的电源控制电路要提供时序、占空比控制、故障保护、回路调节和电源开关控制等功能。在当今的电源管理控制器市场上，还没有哪一个电源控制器器系列能够满足所有需求。
    
     从线宽角度来看，模拟集成电路所使用的技术远远落后于数字技术。业内新的控制器通常使用0.5到3微米BiCMOS制造工艺。绝大多数新产品具有较低的工作电流并支持较高的开关频率。根据所使用的半导体工艺，一些模拟技术公司努力在器件中增加一些新特性，以满足某一目标市场的需要。现在，他们正把高压能力、基于EPROM的调整或编程以及铜互连等技术与先进的器件结构结合起来。
    
     为了满足不断发展的数字电子产品的需要，未来的电源控制器将采用新的方法改善低电压高电流输出情况下的效率和瞬态响应。使用同步整流技术改善效率主要得益于FET技术的发展，但仍然要辅之以新型控制器并不断对它进行优化。带有瞬态窗口指标的较低输出电压使满足输出容限变得更加困难。减少误差开销需要使用协处理器。由于电流趋向于甚至超过100安培，控制技术将超越现在的多相降压方案。人们将更广泛地采用基于交织变压器的结构或支持高di/dt的级连拓扑与谐振开关的组合。未来，随着新型拓扑结构的出现，现有的某些电源控制器解决方案将被淘汰出局。
    
     遵循摩尔定律、欧姆定律和一些令人信服的经济定律，系统设计者可以选用12V、24V、36V和48V或更高的分布电源总线(它具有到系统负载的局部转换功能)。这些DPA系统通常由具备功率因数校正的AC到DC前端、隔离式DC到DC电源和非隔离的DC/DC转换器组成。经济因素和分布结构的使用导致了模块功率电源概念的产生。人们将优化这些电源的控制电路以支持更高功率密度和更高的系统可靠性，而且这些电路将具有负载共享、热插拔和排队控制等辅助功能，或者与这些辅助功能协同工作。
    
     面对不断升高的输出电流，电源设计人员将继续投资于开发减小功率耗散的技术，并努力减小体积和保持低节点温度。这不仅要求在输出端采用更多的FET和更少的二极管，而且需要使用零电压和零电流切换技术。把所需要的时序、逻辑和保护功能集成到经过优化的控制器中以便开发出高性能价格比的、可靠的高密度电源。对于高速应用，将会出现更多的依靠外部FET门驱动器的控制器。
    
     局部DC到DC转换器特性各异，输入电压范围从1V到48V不等。很多系统需要多输出，其中包括3.3V 以及一系列-15V到+15V的“标准”电压。转换器的解决方案包括前向、回扫和推挽等隔离拓扑和非隔离的降压、升压和逆变结构。当系统设计者需要分立方案时，占位面积小且易于使用、易于配置的专用控制器可提供高效率的转换。另外，还需要更高集成度的，可以提高效率和减少外部元件数量的特性。新技术将允许一些控制器以全集成结构处理更大的电流。当驱动外部FET时，控制器将采用特殊的门技术以改善高频输出的效率。
    
     体积更小、效率更高、负载范围更宽的电源系统将使便携电子产品受益良多。许多功率转换器支持基于电感的开关、充电泵和低压降线性调节器等应用。为减少切换损失、提高工作频率和减小外形或封装尺寸，电池系统中的开关电源控制算法将继续沿袭轻负载下的特殊工作模式。在大批量消费电子应用市场上，控制器的集成度将变得更高。
    
     可以预期，在未来的三到五年内，这些发展趋势将主导电源控制技术。简单来说，某种解决方案会宣称具有最高的效率、最小的体积、最高的可靠性或最低的成本。致力于提供这些方案的人员将面临诸多挑战。将来会发生什么目前尚不清楚，但肯定会带来大量创新的机遇。