“公司一直強調多元化市場戰(zhàn)略,消費市場是我們的重要終端市場之一,與企業(yè)數據、存儲和計算、汽車等領域共同推動收入增長。”MPS CEO Michael Hsing近日在投資者電話會議中提到。
MPS AC/DC 產品總監(jiān)黃萬年也表示,雖然電源管理領域目前最火的當屬服務器市場,增速也最快,但目前量還不夠大,傳統(tǒng)的電源依然有較大的市場容量,也同樣有著創(chuàng)新機會。
AC/DC電源技術趨勢與市場分類
黃萬年具體解釋道,AC/DC電源市場目前大致可分為嵌入式電源以及外部電源兩大類,其中嵌入式電源集成于設備內部,比如汽車、PC、電視、冰箱、洗衣機等等,而外部電源則是手機、筆記本等低壓類產品。
不同的應用對于電源的需求并不相同,比如對于嵌入式電源而言,最重要的需求是長壽命,免維護。而對于外接式電源而言,對安規(guī)、尺寸、功率密度以及成本等方面的要求更高。
電源的三大發(fā)展方向
不過無論哪種電源,都有幾大核心訴求,黃萬年詳細列舉了三大核心方向。分別為低碳化、小型化以及智能化。
在低碳化方面,這也是目前無論電源廠商還是相關產業(yè)都最為關注的話題,不止是可以減少電費,更重要的是助力節(jié)能減排的升級。也正因此,全球能效標準都在不斷升級過程中,黃萬年例舉了國標GB20943,其規(guī)范了包括平均效率、輕載效率以及待機功耗等等各場景下的要求,有些要求甚至是全球最為嚴格的標準。
黃萬年表示,實際上電源技術的變化大部分都是由于標準的演進而改進的,“不管原來的產品做到了什么性價比,但是一旦標準提升,就必須重新設計。”每隔幾年標準就會升級一次,這背后主要是芯片技術的進步所帶來的。
小型化的背后,是功率密度的不斷提升,比如手機充電器從2005年3.5W/英寸³到如今65W產品達0.7W/英寸,甚至100W以上。功率密度的提升主要通過幾種方式進行,包括更高集成度,更高效率以減少散熱,更小的分立組件等等方式,這需要通過拓撲、散熱設計以及機械設計等等多方面演進。
黃萬年特別強調,對于AC/DC而言,功率密度提升難度要遠大于其他,主要原因是EMI濾波器的尺寸很難做小,另外則是變壓器的設計越來越難,隨著頻率的提高,磁芯發(fā)熱會越來越大,需要仔細設計。
另外,則是存在著安規(guī)要求:高壓隔離設計,對于爬電間隔等有嚴格要求,因此會增加設計復雜度以及體積。
在小型化提高效率方面,拓撲是一個關鍵,盡管相比數字電路,模擬電路的拓撲演進相對較慢,但依然在發(fā)展。
黃萬年盤點了一些常見的拓撲。比如高壓Buck,屬于無隔離,功率<10W(如輔助電源)。另外是單極反激,帶變壓器隔離,功率通常<75W。
以及大功率常見的雙極拓撲:前級PFC+后級Flyback,功率>75W(如100W以上適配器),效率更高但體積更大,需要前級PFC,不過黃萬年也表示,隨著法規(guī)越來越嚴格,比如照明燈具等甚至20/30W的都需要PFC。
關于新型拓撲,黃萬年提到了ZVS(零電壓開通軟開關),實現零電壓開通,從而將效率提升1-2%,不過帶來的問題是組件增加了很多,在成本和面積方面都需要讓步。
黃萬年還提到了新興的第三代產品,特別是氮化鎵(GaN),可以提升開關頻率,降低開關損耗,減少周圍組件尺寸,這也是如今越來越流行的快充方案。他強調,目前氮化鎵的成本已經和硅很接近,在200W以上的消費類產品中,氮化鎵一定是主流應用。
在智能化方面:隨著AC/DC的功率越來越大,以及USB PD 3.1協議的普及,需要適配協議,以及支持各類狀態(tài)監(jiān)控功能,也使得如今的AC/DC電源變得越來越追求數字化的功能。“實際上以前工業(yè)電源中的PMBUS部分功能已經出現在消費類產品中。”
迎接AC/DC市場新趨勢
MPS近期發(fā)布了兩款新產品,NovoOne開關MPXG2100 系列和 PFC 穩(wěn)壓器 MPG44100 系列,滿足了低碳化、小型化以及智能化的趨勢,適用于包括快速充電市場、工業(yè)系統(tǒng)和消費電子產品等市場中。
NovoOne開關是MPS新開發(fā)的創(chuàng)新AC/DC電源管理產品系列,極高集成度的零電壓開通反激式穩(wěn)壓器。其將初級反激控制器、氮化鎵功率管、隔離電路、同步整流控制器和同步整流硅管,零電壓開通控制集成在一個芯片上,使其成為一種超高集成度的解決方案。NovoOne 系列采用無需額外電路的零電壓開通控制,顯著降低空載待機功耗,和大幅提升滿載和輕載效率, 同時縮短市場投放時間和減少物料清單成本。
MPXG2100反激式穩(wěn)壓器集成了符合GaN標準的原邊驅動電路、GaN HEMT、副邊控制器、副邊理想二極管以及符合安全標準的反饋電路,因此兼具原邊調節(jié) (PSR) 和副邊調節(jié) (SSR) 的優(yōu)勢。
NovoOne系列采用容性隔離技術,可以省去連接原邊和副邊的光耦合器。
該系列器件還采用特有同步整流器 (SR) FET控制,可在非連續(xù)導通模式 (DCM) 下實現自適應零電壓開關 (ZVS)。SR可以匹配原邊驅動信號,因此可以在低壓交流輸入下以連續(xù)導通模式 (CCM) 安全運行。這減少了對輸入大電容的需求,進一步提高了功率密度。

如圖所示,MPXG2100A集成了眾多功能,替代了分立的光耦,X電容,功率器件以及控制器等等,從而實現了“零增加成本”的ZVS,并且極大降低了產品尺寸。
MPG44100是一款集成GaN FET的準諧振(QR)、臨界導通模式(CrM)或斷續(xù)導通模式(DCM)多模式功率因數校正(PFC)穩(wěn)壓器。該器件以極少的外部元件實現了簡單但高性能的有源PFC功能,它同時集成了電流采樣功能,無需外部分流電阻,可確保更高的工作效率。
MPG44100采用基于輸入線電壓的兩級自適應輸出調節(jié)技術,可實現整體高效率運行。該器件還具備總線升壓功能;與MPX2100/MPXG2100系列配合使用時,無需外部電路即可為受電設備(PD)應用提供峰值功率能力,同時將輸出電容減少20%。
MPG44100采用增強型動態(tài)轉換技術來改善負載瞬態(tài)壓降,為系統(tǒng)可靠性及成本帶來顯著優(yōu)勢。此外,該器件具有極低的工作電流,典型情況下可實現低于20mW的待機功耗。
MPG44100在重載時以CrM模式工作并帶最高頻率限制,在輕載時則通過死區(qū)時間延長(DTE)技術降低工作頻率,從而提高輕載效率。與傳統(tǒng)的恒定導通時間(COT)控制相比,該器件在DCM模式下采用可變導通時間控制,可實現更低的總諧波失真(THD)。

如圖所示,在PFC+反激方案中,MPG44100和MPXG2100兩顆芯片,就可以實現一體化方案,相比以往可以節(jié)約25個元件。通過移除輸入及輸出二極管,使得效率提升,成本降低。
關于未來, 黃萬年特別提到MPS正在開發(fā)的圖騰柱PFC控制器——MP45000,比采用整流橋的常規(guī)升壓式PFC高1.8%。黃萬年表示,相比于DSP進行電源控制,專用的控制器可以節(jié)省功耗,尤其是對于消費類低功率產品而言,這是DSP較難進入的市場。 |