發布日期：2022-07-14 點擊率：45
消費電子設備中的電源管理日益加強
在消費電子產品中,傳統的節電反映在兩個方面,一方面是單位功能的功耗下降,即受電設備本身的節能；其次是電源利用率的提高,反映在電源轉換效率的提高。但經過技術的多年發展,這兩方面的潛能都接近極限,任何進一步的發展都顯得舉步維艱。在這種背景下,新的概念出現了,即通過強化電源的管理來進一步節省能源。
在本屆IIC上,中國本土半導體制造商——圣邦微電子推出了業界首款獨立7通道高效率的DC/DC電源管理單元-SGM2100。該產品瞄準的目標應用范圍很廣,包括數碼相機、GPS和智能手機等,集成了升壓DC/DC、降壓DC/DC、負壓DC/DC、背光驅動和LCD偏置電壓電路。“目前,國際上最權威的模擬半導體廠商推出的電源管理芯片的獨立通道數量最高的是6路,而我們成功實現了獨立的7通道,這樣,除了能夠覆蓋傳統的顯示、背光、微處理器、各種接口等所需的各種電壓外,還能滿足目前內核處理器所需的最低電壓”,圣邦微電子公司總裁張世龍博士介紹說,“自從我們推出這款芯片后,我們的技術高度提高了許多,帶來的是市場營銷壓力的大大減輕”。
凌力爾特公司也在本屆IIC上最新推出最大限度延長工作時間并減少熱量的USB電源管理器-LTC3566。該器件集成有一個開關電源通道 (PowerPath) 管理器、一個獨立電池充電器、一個 1A 高效率同步降壓-升壓型穩壓器、一個理想二極管和控制器以及一個始終保持接通的 LDO,見圖1。所有這些組件都在一個緊湊、扁平的 4mm x 4mm QFN 封裝中。內置的同步降壓-升壓型穩壓器可以連續提供高達 1A 的電流,非常適用于在整個鋰離子電池電壓范圍內 (低至 輸入) 以高效率調節 輸出電壓。
該器件采用的突發模式工作以僅為 20uA (停機時 < 1uA) 的靜態電流優化了輕負載時的效率。穩壓器的內部低 RDS(ON) 開關實現了高達 94% 的效率,大大延長了電池工作時間。該器件無縫地管理交流適配器或 USB 端口和鋰離子電池等多個輸入源之間的電源通道,同時優先向系統負載供電。另外,其“即時接通”工作確保向系統負載供電,甚至在電池沒電時也一樣。就快速充電而言,該器件的開關輸入級幾乎可以將自 USB 端口獲得的 功率全部轉換為充電電流,從而利用限制到 500mA 的 USB 電源實現高達 700mA 的電流。另外,該器件內涵精密電池跟蹤自適應控制技術,無需外部微處理器,實現了電池充電的自管理。
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圖1:凌力爾特最新推出的電源管理芯片-LTC3566。
利用新技術進一步提升LED背光能量效率
立迪思科技有限公司在本屆展會上除了豐富的電源管理系列芯片外,還最新推出了一種全新的節能解決方案-無開關噪音、超高效的四通道白光LED驅動器,以及具備智能的電流調節器。該解決方案中包括一個龐大的驅動器家族,分別是LDS8845和LDS8846,LDS8860, LDS8869, LDS8866等。
“目前,在新一代的采用低VF的白光LED和低成本的TFT-LCD的便攜式產品中,顯示所消耗的功耗占據主要部分,而其中顯示本身的功耗并不高,大約20左右,而絕大部分功耗都是消耗于背光。我們創新的重點瞄準的就是這一塊”,立迪思科技有限公司的應用工程師汪黎介紹說,“我們采用了自有專利技術,利用電荷泵升壓,通過將電荷泵電壓盡量與驅動電壓一致,從而實現最佳的效率,該系列可為便攜式電子產品提供最低功耗,效率高達98%,使電池的續航時間提升高達75%左右”。
在LDS8845和LDS8846中,采用了通道間匹配,省去了傳統驅動器中的雙模和三模電荷泵升壓變換,進而省去了兩只陶瓷電容,不僅降低了成本,還減小了占位面積。通過特殊處理,使各段的LED精度提高了7.5%,通道間的匹配提高了3%。“必須注意這個數字是在效率已經很高的基礎上實現的,它不是一個小數字”,汪黎表示。這兩款芯片都將在今年2季度開始供貨。
圖2:采用的電荷泵使效率進一步提升。
在高效率的電流型調節器中,核心是采用了一項專利技術-PowerLite。該產品采用了自適應的分段電荷泵升壓概念,在不同段中電荷泵采用不同的升壓倍率,通常的電荷泵的倍率是1、1.5和2倍,這里在不增加外圍電容的條件下,增用了倍率,使電荷泵升壓模式增加到4種,電壓更接近驅動電壓,從而使效率進一步改進了11%,見圖2。通過采用倍率,與常規產品相比,工作在1x模式的時間延長了1小時58分鐘。可使通話時間延長了54分鐘。
而另一家著名的模擬器件半導體公司-Microsemi,也推出了公司創新性的背光節能產品-DAZL系列混合信號高電壓LED驅動器,專門用來驅動LCD顯示屏背光照明的RGB和白色LED串。
該系列產品的主要特點是色彩非常豐富,對比度高,采用了先進的電源管理,先進的顏色和亮度一致性控制,以及靈活的連接方式。另外,還具有可編程能力以及良好的可升級性。
“常規的顯示對比度為3000:1和5000:1,而我們的DAZL產品可以對應達到15000:1和30000:1”,Microsemi公司的副總裁Madhu Rayabhari介紹說。
該產品的核心技術包括幾個方面。首先,對RGB不同色彩的輸出電壓進行自適應控制。在某種顏色比重很小時,根據監測結果,適度調整其輸出電壓,降低相應的功耗。其次是電路中能夠分別控制每個PWM電路。通過獨立控制,自動調節LED串間的電流失配,從而實現更精確地顏色和亮度的一致性。還有一項重要技術是不同顏色的任意驅動組合,這意味著可以將一種色彩的LED串中的一部分接入到另一種色彩的LED串中。如既可以是4R-4G-4B,也可以是3R-6G-3B的驅動組合。“通過上述的技術創新,可以將傳統TV的220W功耗降低至90-100W”,Rayabhari說。
傳統電源技術更加精益求精
對于一些傳統的電源解決方案提供商,如安森美,飛兆半導體等,也都在不斷地將新技術應用于其新產品上。這些傳統公司借助于雄厚的實力,所采取的重要手段就之一就是細分應用和市場,豐富產品鏈。
在這屆IIC上,安森美展出了豐富的產品家族,其應用領域覆蓋到了LCD和LED顯示,消費電子,計算機,充電器等,可以說基本覆蓋了黑點和白電中的所有應用。其中包括將逆變器和標準直流輸出集成到一起的LCD TV集成電源,該電源內容豐富,具有待機關閉功能,輔助待機功能,背光電源,LCD TV主板,信號處理和音頻用電源等。通過高度集成,減少發熱,實現更高的能效。另外還包括多款GreenPoint產品。
飛兆半導體在本屆展會上也帶來了一系列節能產品。包括由FDMF6700、FDMF8700、FDMF8704、FDMF8704v、FDMF8705等組成的FET加驅動器多芯片模塊集。通過將FET和驅動器等多芯片整合到一起的高集成度,使得平均功耗可以降低將近15%左右(相對于沒有分離解決方案)。此外,集成度的提高還減少了外圍器件的數量,節約了占位空間,簡化PCB的設計。
此外,為了滿足1W待機標準,飛兆半導體還推出了采用零電壓開關(ZVS)技術的FSFR2100,利用該技術,在處理數百瓦的的功率時,無需散熱器,與傳統的開關轉換器比較,效率提到了10%以上。該器件的一個顯著特點是,具有比傳統開關低得多的開關噪聲,并采用了間歇工作模式,特別適合1W以下待機功耗的各種應用。
王健
