Linear 解读电源管理趋势

2015-12-03 19:20:10来源: 21ic
  电源作为电子产品的心脏,其性能直接关系到产品的寿命和品质。近年来,数字电源系统管理的优势在通信、计算机等领域凸显出来;无线充电技术不仅在消费电子领域备受期待,在工业、医疗、军事方面也大有潜力;汽车中的电子产品数量持续增加,给电源管理提出了更高的要求... ...近日,关于电源管理市场现状以及未来发展, 21ic记者采访了 Linear产品市场总监 Tony Armstrong,他为我们对一些行业发展问题作出了精彩的解答,以下是采访实录:

数字电源系统管理前景大好 应用延伸至工业、医疗领域

贵公司对2015年上半年的电源管理市场怎么看? 对下半年的情况又有何预期?

答:2015 年上半年我们已经看到的一个主要趋势是,通信和计算机行业继续采用数字电源系统管理 (PSM) 技术。而且,如果数字电源得到正确使用,就可以降低设备功耗、缩短产品上市时间、提供卓越的稳定性和瞬态响应并提高系统总体可靠性。

通信和计算设备的系统设计师正被迫提高其系统的数据吞吐量和性能,也在被迫增加功能和特性。与此同时,他们也面临着降低系统总体功耗的压力。例如,一个典型的挑战便是通过重新安排工作流程,将作业转移到未充分利用的服务器上,从而允许其他服务器关机,以此降低总体功耗。为了满足这些需求,知道最终用户设备的功耗是至关重要的。一个设计得当的数字电源管理系统能为用户提供功耗数据,从而允许智能地做出能量管理决策。

凌力尔特开发了一个不断成长的 PSM 产品线,其包括具集成型功率 FET 极驱动器和丰富齐全之电源管理功能 (通过基于 I2C 的 PMBus 来使用) 的同步降压型 DC/DC 控制器。这些功能包括高精度基准和可提供 ±0.5% DC 准确度的温度补偿型模拟电流模式控制环路、经过校准以不受工作条件之影响的简易型补偿、逐周期电流限制、快速和准确的均流以及针对线路电压和负载瞬变的响应,并不存在任何与 ADC 量化相关联的误差,此类误差是采用“数字”控制之产品中所常见的。该产品线的某些产品还内置了可提供输入和输出电压及电流、占空比和温度之数字回读的 16 位数据采集系统。另外,还整合了通过一个中断标记及一个“黑匣子”记录器 (其负责存储发生某种故障之前的转换器工作状况) 实现的故障记录功能。最后,多电源轨系统的开发工作借助凌力尔特的 LTpowerPlay™ 开发软件和 GUI 界面得到了简化。

最后,在进入 2015 年下半年之际,我们将继续投资 PSM 产品,同时每年推出面向这一领域的新产品。对我们而言,显而易见的是,数字电源系统管理有望使下一代环保电子系统实现更高性能和更低能耗。尽管最初的应用在高端企业计算系统领域,但是有明显的迹象表明,PSM 正在进入其他很多市场,包括工业和医疗系统市场。

DHC技术 解决了所有无线功率系统的基本问题

快速充电取代无线充电成为今年的热门概念,贵公司在这方面的计划如何?

答:凌力尔特公司始终关注新的市场机会,无线功率传输确实是新机会之一。面向手机、媒体播放器等移动设备的无线电池充电市场已经确立,不过Qi 标准涵盖了这类无线电池充电技术。凌力尔特不是专注于这一面向消费者的主流无线功率传输应用,而是专注于工业、医疗和军事应用,后面这类应用的要求严格得多。

我们的无线功率传输电池充电 IC LTC4120 完全不兼容 Qi 标准,相反,该解决方案是专为满足高可靠性应用的需要而设计的。LTC4120 利用了PowerbyProxi的底层技术和无线电源架构,以使基于 LTC4120 的系统能够在更长的功率传输距离上运作并拥有更大的偏差容限。这是以很高的效率实现的,因此接收器并未遭受热问题。此外,大多数工业、军事和医疗应用并不愿意与消费类产品具有互操作性。

作为一个旁注,这里解释一下 PowerbyProxi 的技术。LTC4120 中嵌入了 PowerbyProxi 已获专利的动态调谐控制 (DHC) 微调技术,与其他无线功率解决方案相比,提供了显著优势。为了响应环境和负载变化,DHC 动态改变接收器的谐振频率。DHC 实现了更高的功率传输效率,从而允许使用尺寸更小的接收器,并产生可忽略不计的电磁干扰,甚至允许更长的传输范围。与其他无线功率传输技术不同,DHC 允许通过感应电场进行内在功率值管理,从而无需单独的通信通道来验证接收器或在电池充电周期管理负载需求变化。

换一种说法,DHC 解决了所有无线功率系统的基本问题。每个系统都必须设计成在给定最长传输距离上接收一定量的功率。每个系统还必须设计成在最短传输距离上可承受无负载情况而不被损坏。其他解决方案用复杂的数字通信系统解决这个问题,这会增加了复杂性和成本,限制了功率传输距离。基于 LTC4120 的无线功率系统用 PowerbyProxi 的 DHC 技术解决了这个问题。

尽管凌力尔特公司目前不提供面向无线功率传输的发送器 IC,但是我们以后也许会提供,这并非是无法想象之事。但我们的应用指南 (Application Note 138) 中也针对怎样构建自己的发送器线圈和电子组件提供了相应信息。

汽车电子产品增加 汽车电源市场有望稳步增长

在汽车应用中,电源管理技术今年有什么突破?

答:汽车市场是凌力尔特公司很重视的最终市场之一。上一财年,我们在这一市场的总体销售收入已经增长了 19%,并持续以高于公司总体增长的速度增长。汽车行业的大部分创新和差异化来自汽车电子产品。由于需要提高行车安全、燃料效率和舒适度,因此呈现了巨大商机。混合动力和全电动型汽车的激增将稳步驱动对创新性模拟产品的需求。除了越来越多的汽车电子产品,潜在的汽车市场也有望稳步增长,从 2010 年到 2015 年,年增长率约为 6%。

汽车电子系统中有许多应用需要持续供电,即使在车辆处于停泊状态时也不例外,例如:遥控车门开关、安全、甚至个人信息娱乐系统,其通常包括导航、GPS 定位和紧急呼叫功能。也许很难理解为什么这些系统即使在车辆不行驶时也必须保持导通状态,但是,出于应急和安全目的,此类系统的 GPS 部分必须是“始终保持接通”。这是一项必需满足的要求,这样在需要时候就能够由外部操作人员进行初步控制。

这类应用的关键要求是低静态电流,以延长电池寿命。自 2001 年以来,凌力尔特公司一直生产备用静态电流低于 100mA 的开关稳压器,目前处于开发中的某些新产品将使这一数字降至低于 2mA。因此,这些产品已经为得到中国汽车电子产品制造商的采用而做好了充分准备。

无论每年销售多少辆汽车,汽车中的电子产品数量都将继续增加。而且,对混合动力和全电动型汽车的大力推广也在进一步推动这一市场的发展。随着将电池作为电源这种做法日益普及,相应地也需要最大限度延长电池的使用寿命。电池容量失衡 (即电池组的每节电池之充电状态失配) 在大型锂离子电池组中是个问题,这个问题是由制造工艺、工作条件、电池老化等方面所导致。失衡可能降低电池组的总体容量,并有可能损坏电池组。失衡使电池无法跟随从充电状态到放电状态的过程,如果未得到严密监视,可能导致电池过度充电或过度放电,这将永久性地损坏电池。

混合动力汽车和电动汽车电池组中所使用的电池被电池制造商按照容量和内阻进行了分类,以减小发送给客户的某一给定批次中电池间的差异。车辆电池组随后采用谨慎挑选的电池来制作,以改善电池组中各节电池之间的总体匹配。从理论上说,这将防止在电池组中产生大量的不平衡,但即便如此,人们还是一致认为:在制作大型电池组时需要采用电池监察和电池平衡功能电路,以在电池组的使用期限内保持很高的电池容量。凌力尔特的新型电池管理系统 (BMS) 产品系列在此领域中大受欢迎,而且目前是已投产和上路行驶的汽车中唯一使用的 BMS 产品。

总之,凌力尔特公司很好地根据市场需求设计了产品,以向这类汽车电子系统制造商提供经济实惠的解决方案。显然,为汽车电子系统生产电源转换 IC 的制造商在中国市场的增长潜力是很大的。

数字电源芯片可降低成本、加快产品上市进程,未来前景广阔

数字电源芯片的占比在增大,未来的发展情况会如何?

答:我们认为,凌力尔特获取成功的一个关键要素是:不断地开发与当今诸多市场区段中出现且从传统模拟电源转换电路向数字电源系统管理解决方案持续迁移之趋势密切一致的产品,部分相关内容已在针对问题一所做的回答中进行了讨论。使用一根标准串行数字总线 (如 I2C) 可实现与具数字特性的 DC/DC 转换器的简单和有效通信,而且,诸如PMBus等新兴标准有利于实现组件的互操作性。重要的稳压器参数 (包括启动特性和定时、输出电压和电流限值、裕度规格、以及过压和欠压监控限值) 均可直接进行数字编程,而无需使用电阻器以及占用空间的排序和监测产品来设定。此外,还可对诸如温度、输入和输出电压及电流等关键工作参数实施例行的监视,并利用它们来优化系统性能和可靠性。

而且,数字 PSM 的一个主要优势是可降低设计成本并加快产品上市进程。采用一种具有直观图形界面 (GUI) 的综合开发环境,即可以高效地开发复杂的多电压轨系统。另外,此类系统还可利用GUI 而不是在“白色导线”固定点上进行焊接来实现更改,从而简化了在线测试 (ICT) 和电路板调试工作。另一个益处是,由于有实时遥测数据可用,因此有可能预测电源系统的故障,并采取预防性措施。也许最重要的是,具数字管理功能的 DC/DC转换器允许设计师开发“绿色”电源系统,这种系统可满足目标性能要求 (计算速度、数据速率等) 且在负载点、电路板、机架甚至安装级上的能量消耗极少,从而降低了基础设施成本和产品整个寿命期的总拥有成本。

制造业转型时期工业自动化仍然是提高效率、节省费用的关键驱动力

中国的制造业面临着一些问题,电源管理技术在帮助制造业转型的过程中能发挥什么作用? 贵公司在中国市场的策略是怎样的?

答:在以制造业为主导的经济中,工业自动化仍然是提高效率、节省费用的关键驱动力。例如,就能源和资源利用效率而言,可持续性仍然是全球制造业取得成功的关键因素。在流程制造业和离散制造业,人们日益关注采用高能效解决方案,这也将促进制造业采用可持续的生产方式。例如,在电动机市场,通过 IE3 类能效要求体现的能效问题将主导业务发展。(这个分类来自欧洲新的超高效率行业标准或美国 (EISA) 的Nema Premium,这视额定功率不同于 2015 年 1 月或 2017 年开始适用。) 类似地,废水处理和处理泵将主导全球传统水泵市场的发展。

未来的工厂将在云计算、网络安全以及移动和无线通信技术的促进下发展。相应地,对更高生产率和更高效率的需求也将促使企业在工厂车间和涵盖所有最终用户的企业之间实现更深入的互动。资产管理和灵活的制造业也将促进具活力的工厂集成,而且在工业应用中,自动化和定制服务解决方案也将有很大的发展潜力。

数字与模拟结合!优质产品、优秀团队都重要

贵公司在中国市场的策略是怎样的?

答:在模拟市场,仅拥有富有吸引力的产品已经不够了,随着产品变得越来越复杂,模拟与数字功能的混合导致需要同时提供软件和应用支持。因此,拥有一支具丰富经验的全球现场应用工程团队是取得成功的先决条件。在中国的工业及汽车市场上,这一点尤其必要。这类市场上的产品都是复杂系统,可能在全球多个地点设计和制造。凌力尔特是为数不多的、能够提供一致的客户应用工程支持的模拟供应商之一,从设计、制造到销售支持的各个环节均与全球各地保持着紧密联系。

总结

通过以上解读,我们发现数字电源大有超越模拟电源成为市场主角的趋势,其能够降低成本并加快产品上市进程的优势受到厂商的青睐。而在汽车电子领域,持续增加的汽车电子产品对电源的需求和要求都日益上涨,尤其是电动汽车和混动汽车,大型电池组对电池管理有了更为严格的要求。当下,强大的竞争优势不仅仅靠优秀的产品,模拟与数字功能的混合导致需要同时提供软件和应用支持,拥有一支具丰富经验的全球现场应用工程团队成为先决条件。

关键字:电读源管理  趋势

编辑:吕海英 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/mndz/2015/1203/article_26562.html
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