導(dǎo)語：如何才能寫好一篇電源技術(shù)，這就需要搜集整理更多的資料和文獻(xiàn)，歡迎閱讀由公務(wù)員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

---當(dāng)今的大多數(shù)電子產(chǎn)品（從手持式消費電子設(shè)備到龐大的電信系統(tǒng)）都需要使用多個電源電壓。電源電壓數(shù)目的增加帶來了一項設(shè)計難題，即需要對電源的相對上電和斷電特性進(jìn)行控制，以消除數(shù)字系統(tǒng)遭受損壞或發(fā)生閉鎖的可能性。

---微處理器、FPGA和ASIC在上電和斷電期間通常要求內(nèi)核與I/O電壓之間具有某種特定的關(guān)系，而這種關(guān)系在實際操作中是很難控制的，尤其是當(dāng)電源的數(shù)目較多的時候。當(dāng)不同類型的電源（模塊、開關(guān)穩(wěn)壓器和負(fù)載點轉(zhuǎn)換器）混合使用時，該問題會進(jìn)一步復(fù)雜化。最簡單的解決方案就是將電源按序排列，但是，在某些場合，這種做法是不足夠的。一種更受青睞而且往往是強(qiáng)制性的解決方案是使各個電源在上電和斷電期間彼此跟蹤。 電源排序

---簡單地按某種預(yù)先確定的順序來接通或關(guān)斷電源的做法一般被稱為“排序”。排序通常能夠通過采用電源監(jiān)控器或簡單的數(shù)字邏輯電路來控制電源的接通/關(guān)斷（或RUN/SS）引腳而得以實現(xiàn)。圖1a和1b示出了采用一個LTC2902四通道電源監(jiān)控器來對4個電源進(jìn)行排序的情形。

---不幸的是，單靠排序有時是不夠的。許多數(shù)字IC都在其I/O和內(nèi)核電源之間規(guī)定了一個最大電壓差，一旦它被超過則IC將會受損。在這些場合，對應(yīng)的解決方案是使電源電壓彼此跟蹤。

電源跟蹤

---排序只是簡單地規(guī)定了電源斜坡上升或斜坡下降的順序，并且假定每個電源都在下一個電源開始變化之前轉(zhuǎn)換。電源跟蹤可確保電源之間的關(guān)系在整個上電和斷電過程中都是可以預(yù)測。

---圖2示出了三種不同的電源跟蹤形式。最常見是重合跟蹤（見圖2a），此時，各電壓在達(dá)到其調(diào)節(jié)值之前是相等的。當(dāng)采用偏移跟蹤時（見圖2b），各電壓以相同的速率斜坡上升，但被預(yù)先設(shè)定的電壓偏移或延時所分離。最后，當(dāng)采用比例制跟蹤時（見圖2c），各電壓同時開始斜坡上升，但速率不同。

---實際上，隨著設(shè)計精細(xì)等級的不斷提升，能夠使各電源相互跟蹤。三種最常見的方法是（1）在電源之間采用鉗位二極管；（2）布設(shè)與輸出端串聯(lián)的MOSFET；（3）利用反饋網(wǎng)絡(luò)來控制輸出。

---如欲將各電源之間的電壓差保持在一個或兩個二極管壓降之內(nèi)，則可在電源軌之間采用鉗位二極管或晶體管，這種解決方案雖然粗暴，但卻簡單（見圖3）。在低電流條件下，該技術(shù)會是有效的，然而在高電流水平時，采用這種方法的后果則可能是災(zāi)難性。同步開關(guān)電源能夠供應(yīng)和吸收大量的電流。如果電壓較高的電源斜坡上升速率高于電壓較低的電源，則二極管或FET將接通，以便對電壓較低的電源進(jìn)行上拉操作。電壓較低的電源將因此而吸收較多的電流，從而會有巨大的電流流過。這有可能導(dǎo)致電源超過容許的電壓差，甚至引發(fā)器件故障。完全依靠二極管或FET鉗位來實現(xiàn)跟蹤功能并非最佳的解決方案。

---另一種跟蹤解決方案是在電源的輸出端與負(fù)載之間布設(shè)串聯(lián)MOSFET。在圖4中，一個LTC2921跟蹤三個電源。當(dāng)首次施加電源時，MOSFET被關(guān)斷且電源被允許以其自然速率斜坡上升。當(dāng)電壓穩(wěn)定下來之后，MOSFET被同時接通，使得負(fù)載上的電壓相互跟蹤。這種技術(shù)需要用于驅(qū)動MOSFET和監(jiān)視電源電壓的電路，而且，當(dāng)電流水平上升時，MOSFET中的壓降和功耗便成為了一個問題。此外，這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)還因為每個電源上的負(fù)載電容和負(fù)載電流可能有所不同的緣故，而使得電壓的同步斜坡下降比較難以實現(xiàn)。

---第三種方法是利用反饋網(wǎng)絡(luò)來調(diào)節(jié)輸出電壓，以此來使電源相互跟蹤。最簡單的實現(xiàn)方法是將電流注入電源的反饋節(jié)點。在圖5中，一個LTC2923跟蹤兩個電源。生成了一個主斜坡，而且電路被連接至其他從屬電源的誤差放大器反饋節(jié)點，從而使其輸出跟隨該主斜坡。該電路還使得電壓能夠一同斜坡下降。該技術(shù)是最精巧的，因為它不需要采用串聯(lián)MOSFET或鉗位二極管。然而，并不是所有的電源都具有可以使用的反饋節(jié)點，而且，雖然許多電源模塊都具有一個修整引腳，但是一般來說輸出電壓只能在一個很小的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。因此，大多數(shù)實際解決方案均要求采用了上述幾類技術(shù)的某種組合。

設(shè)計實例

---圖6中的電路在利用3.3V電源生成2.5V和1.8V電源的情況下實現(xiàn)了電源跟蹤。在本例中采用了LTC2923，3.3V電源受控于一個N溝道MOSFET，而2.5V和1.8V DC/DC轉(zhuǎn)換器則是通過其反饋節(jié)點得以控制的。

---當(dāng)3.3V輸入電源接通時，晶體管Q1和兩個DC/DC轉(zhuǎn)換器被保持在關(guān)斷狀態(tài)。當(dāng)3.3V輸入上升（利用電阻器RONA和RONB在ON引腳上進(jìn)行檢測）之后，Q1的柵極由一個內(nèi)部充電泵緩慢地接通。由于Q1被配置為一個N溝道源極跟隨器，因此，RAMP引腳電平開始上升，并提供用于系統(tǒng)的主電壓斜坡。

---當(dāng)針對重合跟蹤來對TRACK1和TRACK2引腳上的電阻器進(jìn)行配置時，電流被強(qiáng)迫流入或流出DC/DC轉(zhuǎn)換器反饋節(jié)點，這樣其輸出將跟蹤RAMP引腳電平的變化。圖2a中的示波器掃跡便是采用該電路生成的。

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--一旦達(dá)到最終電壓，LTC2923的FB1和FB2引腳將呈高阻抗?fàn)顟B(tài)。如果ON引腳被一個漏極開路邏輯器件拉至低電平，則輸出將尾隨降至低電平。通過改變與TRACK1和TRACK2引腳相連的電阻器阻值，可使同一個電路進(jìn)行比例制跟蹤或偏移跟蹤模式的斜坡上升。圖2b和2c中給出的示波器掃跡便是以這種方式生成的。另一種電阻器選擇能夠采用3.3V電源作為基準(zhǔn)電壓斜坡來對1.8V和2.5V電源進(jìn)行排序（見圖7）。對于需要三個以上電源的系統(tǒng)，可通過RAMP引腳對多個LTC2923控制器進(jìn)行菊鏈?zhǔn)竭B接，以便控制數(shù)目不限的電源。

---當(dāng)不能使用DC/DC轉(zhuǎn)換器模塊的反饋節(jié)點時，可采用串聯(lián)MOSFET來對電源進(jìn)行跟蹤。圖8a中的電路采用LTC2922來跟蹤三個電源。圖8b示出了該電路的輸出。當(dāng)首次施加電源時，串聯(lián)MOSFET被關(guān)斷，且5V、3.3V和2.5V電源被允許上電。當(dāng)電壓穩(wěn)定后，MOSFET被接通，輸出電壓一起上電。當(dāng)輸出電壓達(dá)到其終值時，內(nèi)部開關(guān)從輸出端回接至模塊上的正檢測引腳。這將迫使模塊對MOSFET的負(fù)載側(cè)進(jìn)行調(diào)節(jié)，以補(bǔ)償FET兩端的壓降。采用一個檢測電阻器來提供電路斷路器功能，以保護(hù)主電源免遭短路故障的損壞，而一個電源良好（Power Good）引腳用于指示跟蹤已完成。

篇2

冗余電源是高可用系統(tǒng)中的關(guān)鍵組件。在最簡單的解決方案中，兩個電源可以采用二極管來驅(qū)動負(fù)載以共同為輸出供電。這樣，這兩個電源既可以共同為負(fù)載供電，也可以一個工作，一個備用。場效應(yīng)晶體管(FET)ORing控制器是一款更實用的解決方案，因為它避免了二極管電壓降、功率損耗以及熱損耗。因此可以用低電壓損耗MOSFET來實現(xiàn)更具創(chuàng)新性且經(jīng)濟(jì)的系統(tǒng)。本文將討論幾個服務(wù)器冗余電源配置的示例。

服務(wù)器的冗余電源技術(shù)

高可用系統(tǒng)的電源總線可采用OR或N+1配置，也可以兩者同時采用。一般來說，在低電壓、高電流的應(yīng)用中不采用二極管，因為存在正向壓降及由此帶來的熱損耗，更傾向于采用FET ORing技術(shù)。然而，采用集成和分立設(shè)計的MOSFET控制器各有很多不足之處。

MOSFET兩端的差分電壓為VAC，如圖1所示，由控制器進(jìn)行監(jiān)控，控制器根據(jù)VAC來設(shè)置MOSFET的柵極電壓。MOSFET開啟和關(guān)閉的實際開關(guān)點電壓以及控制的方法和速度決定控制器成功模擬二極管的性能和穩(wěn)定性。

TPS2410控制器的設(shè)計旨在專用于服務(wù)器應(yīng)用，而服務(wù)器的負(fù)載通常為一個低電壓、相對恒定的高電流，不允許出現(xiàn)流向失效電源的反向電流。下面我們將討論一些有關(guān)冗余電源配置的示例。示例中采用圖1所示的帶方框的二級管符號來表示N溝道MOSFET及控制器的簡圖。

OR配置

圖2為電源的一種簡單的ORing配置。通常，在刀片服務(wù)器上的主電源總線為+12V。對于其它電源而言，甚至包括CPU的內(nèi)核電壓(通常只有0.8V～1.8V)，OR布線同樣如此。計算機(jī)內(nèi)核電壓太低，無法使用二極管。

這個例子中的組件位置沒有標(biāo)出。設(shè)計人員可以把系統(tǒng)分區(qū)然后在電源或刀片服務(wù)器上找到ORing電路。

并聯(lián)MOSFET

控制器的柵極關(guān)斷電流足以驅(qū)動多個MOSFET柵極。對于高電流應(yīng)用而言，MOSFET可采取并聯(lián)和背靠背的方式連接以去除MOSFET主體二極管效應(yīng)。以并聯(lián)方式接入的MOSFET在相同部件號的器件之間有細(xì)微的參數(shù)上的區(qū)別。在并聯(lián)工作時，它們的負(fù)載會出現(xiàn)不均衡，且這種不均衡在開啟時比在恒定狀態(tài)時更明顯。通常，一個MOSFET承載大部分的啟動電流。此處只考慮通常選用MOSFET的因素，但是對于并聯(lián)的MOSFET，則需要查詢MOSFET規(guī)范中的安全工作區(qū)(sOA)，確定單個MOSFET能支持幾十微秒的負(fù)載。

背靠背MOSFET

TPS2410控制器的功能超越了基本的ORing功能，具有欠壓和過壓保護(hù)功能，而諸如TPS2412的簡單控制器只提供基本的ORing功能。將檢測過壓的ORing控制器和背靠背MOSFET配置在一起使用會讓我們受益非淺。當(dāng)檢測到過壓情況后，控制器會關(guān)閉MOSFET柵極，且PG信號為FALSE以表明出現(xiàn)了過壓的情況。如果過壓高于正向主體二極管電壓，則電源將不斷向負(fù)載提供更高的電壓。PG輸出會發(fā)出信號使系統(tǒng)的電源控制器關(guān)閉失效的電源。背靠背MOSFET確保了控制器一旦檢測到過壓情況就立刻關(guān)閉輸出。

電源到電源總線

該控制器可以對電源到電源總線之間的熱插拔事件進(jìn)行管理。無論電源或總線處于什么狀態(tài)，電源都可以熱插拔到電源總線上。當(dāng)電源從電源總線上熱拔時，控制器會將MOSFET輸入端的電壓調(diào)至OV，從而盡可能地把的連接器引腳電壓降至安全范圍。要求在MOSFET兩端具有一個負(fù)電壓的控制器繼續(xù)驅(qū)動?xùn)艠O以使其保持開啟狀態(tài)，而負(fù)載電壓則通過MOSFET被反射到輸入連接器引腳之上。

電源總線到負(fù)載

像TPS2490這樣的熱插拔控制器應(yīng)該用在電源總線和刀片服務(wù)器之間。當(dāng)?shù)镀?wù)器被熱插拔時，輸入端的大容值電容先放電并產(chǎn)生很高的浪涌電流，浪涌電流會損壞總線連接器和電路板，進(jìn)而產(chǎn)生影響系統(tǒng)其它電子組件的短暫的壓降。熱插拔控制器可以管理浪涌電流并在穩(wěn)定的狀態(tài)下發(fā)揮高速電路斷路器的作用，以保護(hù)系統(tǒng)組件，還可以防止其它操作軟件出現(xiàn)故障。

N+1配置

N+1布線和圖2中的OR布線一樣，但至少有3個電源接入總線。這一概念可擴(kuò)展到任何N個電源，并由第N+1個額外電源作為冗余電源。這種N+I的組合電源比OR更經(jīng)濟(jì)。有了ORing以后，需要使用兩個大電源，因為每個電源必須能夠在其它電源故障時為最大負(fù)載供電。這些電源在正常運轉(zhuǎn)情況下可能會共同為負(fù)載供電，但這不是必須的。通常，N+1個電源的設(shè)計負(fù)載為總負(fù)載電流的N分之一。這樣，在一個電源故障的時候其余的可以繼續(xù)供電。如果將N+1個電源的輸出電壓調(diào)節(jié)得非常接近，那么在大電流應(yīng)用中就會出現(xiàn)負(fù)載共享。和ORing一樣，電源可以熱插拔。

與OR相比，N+1個電源更經(jīng)濟(jì)實惠，因為N+1個電源總線具有可擴(kuò)展性。為了最大限度降低系統(tǒng)電源的成本，當(dāng)負(fù)載增加時，我們可以添加電源。較低電流的電源可以不需要并聯(lián)的MOSFET。

N+1個電源總線的OR

假設(shè)刀片服務(wù)器背板的配置為OR(兩組N+1總線)，如圖3所示，每個刀片服務(wù)器由A、B總線共同供電，這兩個電源總線由N+1個電源組成。這些刀片服務(wù)器的總線即為OR型。

請注意供電的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。刀片服務(wù)器與電源連接的物理位置對電源總線的平均電壓提出了更高的要求，這有助于負(fù)載共享。在這個示例中，刀片服務(wù)器1主要由總線A供電，而刀片服務(wù)器M主要由總線B供電。這樣，與負(fù)載共享解決方案相比較，冗余熱插拔電源解決方案的成本更低。這種電源分配方案對其它背板負(fù)載具有很重要的實際意義，如存儲子系統(tǒng)中的磁盤驅(qū)動器。

為滿足這些服務(wù)器的要求，控制器必須要具備如下功能：

1　正關(guān)閉閾值電壓功能。該功能確保沒有流向失效電源的反向電流，并確保對一個電源進(jìn)行熱拔時電源總線的輸入終端沒有電壓。

2　線性柵極控制功能。該功能是首要的，因為在電源轉(zhuǎn)換時可以保證穩(wěn)定性。具有開關(guān)控制功能的控制器不允許有反向電流流向電源，該控制器在狀態(tài)轉(zhuǎn)變時會出現(xiàn)振蕩。

3　為了驅(qū)動并聯(lián)或背靠背的MOSFET并保證快速關(guān)機(jī)時間，柵極關(guān)閉電流必須高于2A。快速關(guān)機(jī)時間對于防止在檢測到快速關(guān)機(jī)閾值后反向電流流向電源現(xiàn)象的發(fā)生至關(guān)重要。

4　獨立器件具有內(nèi)部充電泵，不需要輔助支持組件且占用的電路板面積非常小。

5　與系統(tǒng)電源控制器配合工作的欠壓、過壓保護(hù)以及一般狀態(tài)輸出功能，以保持電源總線。

篇3

關(guān)鍵詞 LED 設(shè)計 技術(shù)

中圖分類號： TN312 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

LED電源的要求主要有：高效率、小尺寸，以及可以調(diào)節(jié)LED亮度。當(dāng)我們選擇一個標(biāo)準(zhǔn)功率時，必須有高效率的升壓轉(zhuǎn)換器。在本文中，我們用白光LED為例進(jìn)行了討論，并探討其對電力的需求。

以大功率白光LED為例，其主要要求是，高效率的整體解決方案，其有重要的EMI（電磁干擾）性能。

鋰離子電池的電壓范圍在2.7V～4.2V之間。主要任務(wù)是提供白色LED和一個典型的正向電壓為3.5V的恒定電流。

與電荷泵的解決方案相比，升壓轉(zhuǎn)換器，可以實現(xiàn)更高的效率，開關(guān)電容器和升壓轉(zhuǎn)換器，用于驅(qū)動白色LED的電源拓?fù)?。這兩種解決方案提供更高的輸出和輸入電壓。其主要的差別是，轉(zhuǎn)換增益M = Vout / Vin和增益效率將直接影響轉(zhuǎn)換增益。

一個真正的電壓電荷泵具有非常低的效率（例如低至40%），其增益（增益為1.0和1.5）的組合可轉(zhuǎn)換出更好的結(jié)果。這樣一個電荷泵從增益M = 1.0 M = 1.5的轉(zhuǎn)換點轉(zhuǎn)換，這是因為增益轉(zhuǎn)換效率將下降到60%的范圍內(nèi)。降低（轉(zhuǎn)化率）運行時，電池正常的時間效率，整體效率將會降低。因此，當(dāng)轉(zhuǎn)換發(fā)生在低電池電壓3.5V附近時，可以實現(xiàn)高效率。然而，在轉(zhuǎn)變點的壓降取決于LED的正向電壓時，LED電流，電荷泵I2R損耗。這些參數(shù)將被轉(zhuǎn)換到更高的電池電壓。因此，在特定的系統(tǒng)中，操作電荷泵必須十分小心。

如果使用的是一款升壓轉(zhuǎn)換器，則屏蔽電感器將擁有一個更為有力的磁場，從而實現(xiàn)更好的EMI性能。應(yīng)對轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換頻率加以選擇，以最小化所有對該系統(tǒng)無線部分產(chǎn)生的干擾。PCB布局將對EMI產(chǎn)生重大影響，尤其將要承載開關(guān)或AC電流的EMI放射。

粗線應(yīng)先完成布線，且必須使用一個星形接地或接地層以最小化噪聲。輸入和輸出電容應(yīng)為低ESR陶瓷電容以最小化輸入和輸出電壓紋波。

結(jié)論：在大多數(shù)應(yīng)用中，與充電泵相比，升壓轉(zhuǎn)換器顯示出了更高的效率。使用一個升壓轉(zhuǎn)換器（其電感大小與1210外殼尺寸一樣）降低了充電泵的優(yōu)勢。

總之，對于許多系統(tǒng)而言，尤其在器件擁有一個從1.0到1.5的靈活轉(zhuǎn)換增益的時候，充電泵解決方案將是一個不錯的解決方案。在稍微高于LED正向電壓處發(fā)生從1.0到1.5的轉(zhuǎn)換增益時，這樣一個解決方案將實現(xiàn)絕佳的效率。在為每個應(yīng)用選擇升壓轉(zhuǎn)換器或充電泵解決方案時，需要充分考慮便攜式系統(tǒng)的要求。如果效率是主要要求，則升壓轉(zhuǎn)換器將為更適宜的選擇。

參考文獻(xiàn)

[1] 關(guān)積珍.LED顯示屏發(fā)展綜述.國際光電與顯示.2001.（11）：177-182.

篇4

將燃料電池與蓄電池、超級電容或其他電能儲存裝置集成在一起構(gòu)成混合電源，能夠解決很多動態(tài)供電與發(fā)熱的問題。但是，這種方案本身也具有電源管理方面的問題。

混合電源

在本文所討論的電源架構(gòu)中，我們稱燃料電池與蓄電池的組合結(jié)構(gòu)為混合(電源)系統(tǒng)。這種架構(gòu)廣泛應(yīng)用于多種燃料電池和蓄電池，并取代了諸如超電容或超級電容之類的儲電裝置。但是，每種混合電源實現(xiàn)方案都是經(jīng)過專門設(shè)計的，以滿足所選擇的燃料電池和蓄電池的獨特需求。

混合電源系統(tǒng)主要的組件包括燃料電池、燃料盒、蓄電池、系統(tǒng)負(fù)荷、直流輸入電源和電源控制器(見圖1)。燃料電池與蓄電池的結(jié)合稱為混合電源(HPS)。

上述系統(tǒng)在使用的不同階段，能夠用做三種能源和兩種負(fù)載。當(dāng)該系統(tǒng)沒有插接直流電源時，燃料電池和/或蓄電池的組合結(jié)構(gòu)能夠為系統(tǒng)負(fù)載供電。另外，當(dāng)直流電源不存在時，燃料電池還能夠?qū)π铍姵剡M(jìn)行充電，以盡可能地增強(qiáng)電源斷電末期(end-of-power-shutdown)的性能，或者實現(xiàn)更好的系統(tǒng)動態(tài)電源響應(yīng)特性。當(dāng)直流電源可用時，它既對蓄電池進(jìn)行充電也對系統(tǒng)負(fù)載進(jìn)行供電。

對于這種復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，我們必須對系統(tǒng)的電源通路管理進(jìn)行精確控制，以確保系統(tǒng)負(fù)載的運行總是能夠滿足終端用戶的使用要求。關(guān)鍵的控制時機(jī)是當(dāng)可用的電量降低到一定的水平時，這時電源無法再為系統(tǒng)負(fù)載供電，導(dǎo)致了受限的使用配置，甚至執(zhí)行了受控的關(guān)機(jī)操作。

為了實現(xiàn)這種精確的控制，電源控制器必須能夠檢測多種因素以產(chǎn)生有效電量和總有效電量峰值等關(guān)鍵數(shù)據(jù)。這些關(guān)鍵數(shù)據(jù)的定義如下：有效電量峰值定義為混合電源在一定的短期時間內(nèi)能夠提供的電量，例如DVD機(jī)啟動或關(guān)機(jī)時光盤操作所需的電量。峰值周期取決于終端設(shè)備的負(fù)載分布特征?？傆行щ娏慷x為混合電源能夠提供的總電量，它與放電比率無關(guān)。

系統(tǒng)監(jiān)測

利用目前市場上供應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)燃料計可以對蓄電池進(jìn)行監(jiān)測，例如使用bq20z75監(jiān)測兩組、三組或四組串聯(lián)結(jié)構(gòu)的鋰離子電池，或者使用bq27210監(jiān)測單組串聯(lián)的鋰電池。這些監(jiān)測方案能夠為電源控制器提供所需的電壓、電流、溫度、電荷狀態(tài)等數(shù)據(jù)。

蓄電池監(jiān)測系統(tǒng)通過I2C、SMBus或HDQ之類的數(shù)據(jù)總線實現(xiàn)與電源控制器連接。通過這種接口方式，電源控制器能夠獲得非常精確的電池電荷狀態(tài)(SOC)，以確保在充放電的過程中都能夠安全使用電池。

對燃料電池和燃料盒的監(jiān)測更具挑戰(zhàn)性。燃料盒內(nèi)可用燃料的種類和數(shù)量，以及燃料電池的當(dāng)前與平均效率都是監(jiān)測燃料電池有效電量需要考慮的因素。

在很多情況下，燃料盒是系統(tǒng)特有的裝置，因此燃料的類型數(shù)據(jù)可以保存在電源控制器中。在其他一些電池監(jiān)測系統(tǒng)的實現(xiàn)方案中，我們需要提供存儲在燃料盒內(nèi)燃料的數(shù)據(jù)，并通過類似的接口總線傳給電源控制器。

具有數(shù)據(jù)存儲功能的燃料盒實現(xiàn)方案中，最好的方法是通過電源控制器或者燃料加注系統(tǒng)將測量出的剩余燃料數(shù)據(jù)寫回到燃料盒中。但是這種方法可能只適用于燃料盒能夠取出并重新插入的電源系統(tǒng)。

除了燃料盒的燃料數(shù)據(jù)之外，對于燃料電池還需要監(jiān)測其他一些參數(shù)，包括溫度、燃料注入速率、輸出電壓和輸出電流。這些參數(shù)用于計算燃料電池的當(dāng)前效率。比如，通過溫度參數(shù)可以判斷出燃料電池當(dāng)前是否處于最佳工作狀態(tài)。

此外，我們還需要測量直流電源和系統(tǒng)的負(fù)載功率等數(shù)據(jù)。通過這些數(shù)據(jù)以及來自于監(jiān)測子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，我們就可以計算出總有效電量和峰值有效電量的值。終端設(shè)備的有效運行時間取決于這四個因素。

在分析電源斷電末期的特性時，燃料電池功率輸出的響應(yīng)能力和蓄電池的尺寸也會帶來新的問題。這需要進(jìn)一步了解有關(guān)知識。

預(yù)測HPS運行時間

蓄電池和燃料電池監(jiān)測子系統(tǒng)能夠為主系統(tǒng)提供總電量和峰值電量的數(shù)據(jù)，使主系統(tǒng)能夠判斷各種所需的用戶數(shù)據(jù)。在這個實例結(jié)構(gòu)中，我們采用了一個電源控制器，它具有多種優(yōu)點。主要優(yōu)點之一就是能夠管理數(shù)據(jù)和子系統(tǒng)，使得混合電源在使用過程中就好像一個標(biāo)準(zhǔn)的蓄電池電源一樣。

電源控制器負(fù)責(zé)接收監(jiān)測數(shù)據(jù)并管理蓄電池的使用過程，在HPS的預(yù)期壽命期內(nèi)發(fā)揮最高的性能。這對于兩個方面特別有利。

通過燃料電池對蓄電池進(jìn)行充電，即使在沒有直流電源的情況下，也能夠確保峰值有效電量處于最佳的水平。

管理電池的電荷狀態(tài)(SOC)，從而盡可能地提高這一結(jié)構(gòu)的可用性。

對SOC特性的管理與當(dāng)前大多數(shù)便攜式應(yīng)用中使用電池的方式是相背離的。一般而言，蓄電池是唯一的無線電源，所以它必須為主系統(tǒng)提供所有的電能。因此，蓄電池應(yīng)該安全地存儲盡可能多的電能，最終實現(xiàn)最長的系統(tǒng)運行時間。同樣，蓄電池的充電時間也是至關(guān)重要的，充電時間越短越好。

我們可以在蓄電池的充電時間和壽命之間進(jìn)行權(quán)衡，但是這在目前的消費產(chǎn)品中并不常見。對于HPS而言，這兩個使用動力不起作用，因此采用電源控制器可以在蓄電池與燃料電池兩者的最佳狀態(tài)之間實現(xiàn)更好的平衡。理想情況下，HPS中的蓄電池能夠在整個HPS壽命期限內(nèi)持續(xù)工作，不需要更換。為了實現(xiàn)這一目標(biāo)，電源控制器可以提供蓄電池充電管理功能，例如在較低的電壓下充電，采用較慢的速率充電，以及對充電電壓/速率進(jìn)行溫度補(bǔ)償。電源控制器通過調(diào)節(jié)電池的充電電流，能夠確保當(dāng)連接系統(tǒng)負(fù)載時有足夠的直流電源供電。

最近推出的智能電池數(shù)據(jù)集(SBDS)補(bǔ)遺將燃料電池的數(shù)據(jù)添加到現(xiàn)有的支持蓄電池的數(shù)據(jù)集中，使主機(jī)能夠訪問，從而控制燃料電池和蓄電池的使用過程。采用電源控制器之后，能夠處理復(fù)雜的HPS功能，根據(jù)SBDS燃料電池附加內(nèi)容能夠幫助主系統(tǒng)更有效地使用HPS。

增加燃料電池和蓄電池的總有效電量，能夠使主系統(tǒng)實現(xiàn)有效運行時間指示、剩余時間報警(RTA)，或剩余容量/電量報警(RCA)等基本功能。

預(yù)測運行時間的公式如下所示：AtRateTimeToEmpty(ARTTE)＝總有效電量/AtRate()

根據(jù)這一公式，主系統(tǒng)能夠根據(jù)其掌握的用戶操作意圖判斷有效運行時間，例如播放DVD，或者啟動系統(tǒng)診斷。如果主系統(tǒng)能夠進(jìn)一步掌握在不同模式和不同程序下的能耗情況，那就更好了。

受控式斷電與HPS運行時間的最大化

篇5

今日電子：請您談?wù)剬?008年全球電源管理市場的看法?2008年的中國電源管理市場又是怎樣的情況?

凌力爾特公司電源產(chǎn)品部產(chǎn)品市場總監(jiān)TonyArmstrong：就半導(dǎo)體和電子產(chǎn)品而言，不管在哪里，2008年都將因兩極分化而留在人們的記憶中?；仡?008年，看看哪些事情做對了、哪些事情沒有按計劃進(jìn)行、哪些是我們無法控制的，這是很有用的。

就凌力爾特公司而言，我們在2005年就預(yù)測，對消費電子產(chǎn)品的需求不可能繼續(xù)快速增長。當(dāng)時，我們不知道這個泡沫何時破滅，但是2008年后期問題確實發(fā)生了。目前的經(jīng)濟(jì)動蕩是全球性事件，沒有哪一個市場或大陸可以幸免。在這種環(huán)境中，人們在支出方面出現(xiàn)了巨大變化，消費市場正在經(jīng)歷巨變。而凌力爾特公司已經(jīng)逐步減輕了對消費電子產(chǎn)品的依賴，在這一市場的銷售收入僅占我們總體銷售收入很小的一部分。

也是在幾年前，我們預(yù)測，汽車中的電子產(chǎn)品會穩(wěn)步增加，混合型和全電動汽車進(jìn)一步促進(jìn)了這種增長。不過，我們沒有預(yù)料到引起消費信貸枯竭的金融危機(jī)，這導(dǎo)致新車銷售萎縮。展望未來，汽車中的電子產(chǎn)品將繼續(xù)大幅增加，而且隨著時間推移，全球汽車市場將反彈。

安森美半導(dǎo)體公司汽車及電源產(chǎn)品部高級副總裁兼總經(jīng)理Andy Williams：2008年電源管理市場保持著強(qiáng)勁的勢頭，直至下半年因全球經(jīng)濟(jì)受金融危機(jī)大幅影響而有變化。

很明顯，自2008年9月終端消費需求開始下降之后，電源管理市場就開始減緩。然而，我們看到，在這之前，筆記本電腦、手機(jī)和液晶電視的增長勢頭都很好。在2008年上半年，這些產(chǎn)品的需求非常穩(wěn)定，產(chǎn)品型號的更新?lián)Q代也非常明顯。對這些墻式插座供電或充電的產(chǎn)品來說，人們對更高能效的需求很大程度上推動了電源管理器件的發(fā)展。在去年上半年，隨著石油、天然氣及其他能源價格的飆升，能源變成了更加珍貴的日用品，這使得高能效電源管理與日重要。

美信公司便攜式消費產(chǎn)品事業(yè)部總監(jiān)Tony Lai：我主要負(fù)責(zé)手持消費電子產(chǎn)品，包括了普通手機(jī)和智能手機(jī)，這個市場在2008年第四季度之前都是健康增長的。針對此市場，我們在2008年主推不以犧牲可靠性和性能為代價的高集成度、小體積解決方案。眾所周知，智能手機(jī)非常消耗電池電量。為此，芯片組提供商通過增加動態(tài)電壓管理功能來降低CPU核心電壓。而手持設(shè)備制造商則將電源軌分割成不同的功能區(qū)以便能增強(qiáng)靈活性和節(jié)能性。這些，都需要高性能電源管理解決方案的支持。

智能手機(jī)曾是北美和歐洲手機(jī)制造商手中的珍寶。但幾個智能手機(jī)制造商在2008年嘗試轉(zhuǎn)型，他們不再做OEM，有的開始自有品牌建設(shè)，技術(shù)積累較多的則轉(zhuǎn)型為ODM。他們過去只青睞分立式LDO、DC／DC和LED驅(qū)動器。但是在2008年末，他們開始轉(zhuǎn)向使用電源管理芯片。

今日電子：半導(dǎo)體行業(yè)在2009年的整體市場前景不甚樂觀，請問貴公司對2009年的電源管理市場有何看法?會采取什么策略?

Tony Armstrong：無論目前的市場情況看起來多么無望，半導(dǎo)體市場仍將繼續(xù)存在，這一市場未來將繼續(xù)增長。這個觀念必須成為公司在這種具有挑戰(zhàn)性的時期管理業(yè)務(wù)的指導(dǎo)原則。近期，公司需要對市場現(xiàn)實做出反應(yīng)，調(diào)整產(chǎn)出和支出以適應(yīng)目前的銷售預(yù)測。

在這種時期，我們的客戶也許降低產(chǎn)出，但是將繼續(xù)投資新產(chǎn)品和新產(chǎn)品開發(fā)。創(chuàng)新將給半導(dǎo)體市場帶來增長，尤其是模擬半導(dǎo)體市場。就推出新產(chǎn)品、成為產(chǎn)品最先上市的公司并擁有以新興增長市場為目標(biāo)的產(chǎn)品而言，現(xiàn)在是最佳時機(jī)。

凌力爾特公司感興趣的關(guān)鍵增長市場包括：

汽車――目前，所有汽車制造商都在經(jīng)歷銷售下滑并正在采取行動降低產(chǎn)出和支出。但是也有很多汽車公司有積極的開發(fā)計劃，他們將大幅增加新車中的電子產(chǎn)品。他們預(yù)測，在未來幾年，汽車電子產(chǎn)品將增長2～3倍。這意味著，電子產(chǎn)品銷售將繼續(xù)增長，而不受每年銷售的汽車數(shù)量的影響。

因此，我們將保持當(dāng)前的發(fā)展方向不變，繼續(xù)向汽車領(lǐng)域提供新產(chǎn)品和銷售工程支持。此外，世界上每一個主要汽車制造商現(xiàn)在都在研究混合型汽車，這類汽車中將增加更多電子產(chǎn)品。我們已經(jīng)推出并正在開發(fā)面向這一市場的產(chǎn)品。

綠色增長市場――任何以節(jié)能或能量獲取與保存為目標(biāo)的產(chǎn)品都將有增長機(jī)會，而且不受當(dāng)前市場情況的影響。能量成本和對環(huán)境的關(guān)注以及需要延長移動設(shè)備的電池壽命已引起對多種應(yīng)用電源優(yōu)化的關(guān)注。我們的高效率能量轉(zhuǎn)換產(chǎn)品使客戶能夠更高效率地轉(zhuǎn)換電能、消耗更低的功率并延長電池壽命。

通信基礎(chǔ)設(shè)施――無線系統(tǒng)的激增在用于無線和網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的產(chǎn)品方面繼續(xù)為凌力爾特公司帶來極大的市場機(jī)會。我們的高速數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器和高頻產(chǎn)品為下一代蜂窩基站而設(shè)計，熱插拔和以太網(wǎng)供電產(chǎn)品在網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中繼續(xù)得到大量采用。

工業(yè)市場――廣闊的工業(yè)市場繼續(xù)提供一個可靠的業(yè)務(wù)核心。盡管這個市場預(yù)期不會像其他一些增長市場增長得那么快，但是工業(yè)市場有點更加不受市場波動的影響。

憑借創(chuàng)新性產(chǎn)品和專注的戰(zhàn)略，我預(yù)期，凌力爾特公司的增長速度將繼續(xù)高于模擬半導(dǎo)體市場的整體增長速度。業(yè)界分析師現(xiàn)在預(yù)計，半導(dǎo)體行業(yè)增長將放緩。但是最新數(shù)字仍然提供了樂觀的理由。WFTS的目前市場增長數(shù)字顯示，估計2008年達(dá)到376億美元的模擬IC市場到2011年將增長到407億美元。

最后，我認(rèn)為，凌力爾特公司的客戶戰(zhàn)略、市場和地域多樣化也將成為防止受目前市場狀況影響的方法，并為未來的銷售收入增長提供了一個渠道。

Andy Williams：我們確實同意2009將是難以預(yù)測的一年，對于半導(dǎo)體市場而言，即便是最樂觀的預(yù)測，也是在頗低水平。積極地看，電源管理產(chǎn)品幾乎適用于電子產(chǎn)業(yè)的所有領(lǐng)域，所以，好消息是我們不會看到電源管理市場依賴于任何單一市場的成功或是下滑。因此，就像分散投資一樣，我們可能看到電源管理市場會有更好的投資回報。

我們認(rèn)為，總體的消費需求在2009年將持續(xù)謹(jǐn)慎和缺乏生氣。世界各地的消費者及產(chǎn)業(yè)將會恰如所需地消費。我們不預(yù)期酌情式或“想要式”消費的需求會增加。然而，我們看到越來越明顯的趨勢，那就是消費者會購買更高能效的終端產(chǎn)品。能源使用已成為終端產(chǎn)品成本結(jié)構(gòu)中更重要的考量，因此，最高能效產(chǎn)品會持續(xù)受到重視及拓展，例如 手機(jī)、筆記本電腦、上網(wǎng)本(Netbook)等便攜產(chǎn)品將繼續(xù)注重電池壽命。

在汽車市場，我們將不斷看到混合動力及電動汽車在2009年會極加速的發(fā)展。盡管能源成本下降，但我們認(rèn)為這個趨勢將是短期性的。未來幾年隨著壘球經(jīng)濟(jì)的復(fù)蘇，能源成本將繼續(xù)提升。這種更長期的趨勢將為汽車制造商提供機(jī)遇，讓他們領(lǐng)先于需求曲線，更著重設(shè)計及生產(chǎn)能效更高的汽車。無污染(或降低污染的)汽車也將是更長期的趨勢。這些趨勢將不斷推動研發(fā)更長使用時間的電池，并增加汽車中的電子成分。隨著汽車變得更輕更高效，汽車中的電子成分將激增。

安森美半導(dǎo)體在高能效帶動的電源管理領(lǐng)域擁有極佳的優(yōu)勢地位。我們不斷開發(fā)注重節(jié)電及節(jié)能的產(chǎn)品，以用于計算、消費、汽車和照明等市場。我們的策略是在自己的重點市場，持續(xù)與該等領(lǐng)域中世界最多產(chǎn)的客戶合作，推出采用我們半導(dǎo)體元器件的最創(chuàng)新解決方案。

憑借推出領(lǐng)先的技術(shù)，同時審慎地管理我們的業(yè)務(wù)，我們期望可把全球經(jīng)濟(jì)對我們業(yè)務(wù)的影響減至最低，并擴(kuò)大我們的市場份額。

Tony Lai：確實，整個市場在下滑。但是Maxim公司依然在技術(shù)，產(chǎn)品性能和產(chǎn)能上保持領(lǐng)先。Maxim公司會繼續(xù)提供滿足高端和低端手機(jī)電源管理需求的高集成度、高性能產(chǎn)品。通過產(chǎn)品的差異化，Maxim公司會幫助關(guān)鍵手機(jī)制造商贏得市場份額。

今日電子：LED在最近幾年取得了非常大的成功，您認(rèn)為LED驅(qū)動器技術(shù)在2009年會有突破嗎?貴公司在這方面有什么打算?

Tony Armstrong：就LED應(yīng)用而言，2008年對很多模擬IC供應(yīng)商的主流業(yè)務(wù)來說是關(guān)鍵的一年。在這一年中，LED本身滿足了一些關(guān)鍵性能標(biāo)準(zhǔn)的要求，這將導(dǎo)致對LED驅(qū)動器集成電路需求的極大增長，LED驅(qū)動器集成電路是在各種最終應(yīng)用中為LED供電所必需的器件。

通過研究幾種將促進(jìn)LED驅(qū)動器IC從目前的萌芽階段進(jìn)入加速增長階段的因素，可以發(fā)現(xiàn)，LED將迅速成為一種主流照明源。汽車照明、LED光輸出、LED成本因素和它們作為白熾燈替代物的潛在用途是這些主要驅(qū)動因素中的4種。以下將更詳細(xì)地說明這4種因素。

汽車前燈――奧迪是第一個在汽車中使用LED前燈的汽車制造商。其組裝中含有兩個低光束前燈(作為主要功能)，是由兩個LED陣列組成，每個都有4個有源組件。就高光束前燈而言，一個由4個LED組成的陣列位于鄰近低光束陣列的地方。在1A電流時，每個LED陣列都實現(xiàn)了600Lm的光通量。這種組裝作為選項提供給2008車型中的R8豪華跑車。不過，大眾、雷克薩斯和凱迪拉克在2009車型中都已提供了這種LED前燈。

LED光輸出――大功率LED的光輸出已經(jīng)達(dá)到了100Lm／W這個具有里程碑意義的關(guān)鍵數(shù)字，而有些制造商稱自己已經(jīng)達(dá)到120Lm／W。這意味著，就能量轉(zhuǎn)換效率而言，LED現(xiàn)在已經(jīng)超過了CFL(80Lm／W)。人們進(jìn)一步預(yù)測，到2012年，LED將達(dá)到150Lm／W輸出。此外，考慮到目前對“綠色”的關(guān)注，LED不像CFL那樣含有任何有害材料。

這具有重要意義，因為美國能源部已經(jīng)宣布，照明消耗22％的美國發(fā)電量。廣泛使用LED照明可以將這種消耗降低一半。我們可以這樣正確理解這一點：到2027年，LED照明能減少的年度能量使用量相當(dāng)于5億桶石油，同時還伴隨著二氧化碳排放量的降低。

LED成本因素――LED照明的成本已經(jīng)非常迅速地下降了。Polybrite(一家采用LED技術(shù)的照明產(chǎn)品領(lǐng)先制造商)指出：在過去的12個月里，個別白光二極管的價格已經(jīng)從8美元降至1.50美元。該公司進(jìn)一步預(yù)測，到2009年的某個時間，取代白熾燈的LED燈價格將達(dá)到消費者可以接受的水平。

LED可以取代白熾燈――Cree(一家北美芯片制造商，其芯片用在很多不同中至大功率的LED中)聲稱已經(jīng)設(shè)計出了一種發(fā)光芯片，能使LED燈產(chǎn)生可與美國家庭廣泛使用的75W白熾燈相比較的光。為了能輸出這么強(qiáng)的光，這種LED芯片需要4A電流。

安森美半導(dǎo)體Catalyst產(chǎn)品部市場營銷副總裁Scott Brown：LED得以再走向成功，是因為它們能夠以極少的電能消耗輸出最強(qiáng)的光，所以LED是當(dāng)前市場上最高效的照明元件。我們預(yù)期LED在標(biāo)志、背光、通用及汽車照明等領(lǐng)域繼續(xù)擴(kuò)展其應(yīng)用空間。隨著應(yīng)用范圍及實際使用的擴(kuò)張，成本一般會隨著經(jīng)濟(jì)規(guī)模性而下降。一旦成本下降，應(yīng)用會持續(xù)擴(kuò)展。這對所有創(chuàng)新元器件及產(chǎn)品而言，都是激動人心的增長周期。LED將可能應(yīng)用于幾乎所有基于照明的應(yīng)用。相應(yīng)地，安森美半導(dǎo)體將繼續(xù)支持LED電源管理應(yīng)用，生產(chǎn)多樣化的元件驅(qū)動LED及調(diào)光。我們的產(chǎn)品也將著重于LED的終端使用及應(yīng)用，使我們能夠開發(fā)結(jié)合現(xiàn)有及未來產(chǎn)品的解決方案。

我們預(yù)計流明每瓦數(shù)不斷提升的LED技術(shù)在2009年將繼續(xù)向前推進(jìn)。安森美半導(dǎo)體的策略是擴(kuò)充已有的LED驅(qū)動器產(chǎn)品陣容(包括電荷泵型及電感型驅(qū)動器)，使我們能夠滿足寬廣市場范圍的客戶需求，從小型顯示屏和便攜設(shè)備到大型顯示屏背光，以及通用、照明、汽車照明和標(biāo)志等，不一而足。

此外，3G手機(jī)毫無疑問會使得互連網(wǎng)接入業(yè)務(wù)不斷擴(kuò)張，而這會驅(qū)使觸摸屏3G手機(jī)的更普及。這些較大的屏幕需要更多的LED電源來為它們背光，而當(dāng)用于瀏覽互聯(lián)網(wǎng)或播放媒體文檔時，還需要保持較長時間段的背光。這意味著它們需要極高能效的LED背光。安森美半導(dǎo)體屢獲殊菜的四模(Quad-Mode)LED驅(qū)動器仍是當(dāng)今市場上背光應(yīng)用的最高效、最高性價比的電荷泵型驅(qū)動器。我們的策略之一就是以這極高效率的解決方案來配合3G市場的發(fā)展。

Tony Lai：Maxim公司有高性能的電荷泵和電感式升壓LED驅(qū)動器。我們認(rèn)為，2009年便攜消費市場最明顯的趨勢就是：更大的顯示器(多背光電源導(dǎo)致高效率需求)，智能化顯示屏(需要多功能和智能特性)，更高的拍攝圖像質(zhì)量(需要更大亮度的相機(jī)閃光燈)。

今日電子：對中國市場來說，2009年是3G通信元年，有關(guān)這方面的電源管理產(chǎn)品需求也會加大。請談?wù)勝F公司在這方面的策略。 Tony Armstrong：在很多3G基站中，空間和冷卻設(shè)備很有限。因此，就任何POL轉(zhuǎn)換器而言，既緊湊、高效又具有低靜態(tài)電流以滿足新的“綠色”標(biāo)準(zhǔn)要求是極端重要的。此外，很多微處理器和數(shù)字信號處理器都需要一個內(nèi)核電源和一個I／O電源，這些電源在啟動時必須排序。設(shè)計師必須考慮在加電和斷電操作時，內(nèi)核和I／O電壓源的相對電壓和時序，以滿足制造商的性能規(guī)格 要求。

此外，功率密度給電源設(shè)計師帶來了新的重大挑戰(zhàn)。一般情況下，要求這些設(shè)計師實現(xiàn)高于90％的轉(zhuǎn)換效率，以限制電源中的功耗量和溫度上升。因此，一個設(shè)計的熱性能尤其重要。另外，這些電源必須具有卓越的輸出紋波和瞬態(tài)響應(yīng)，同時限制所需的外部電容量，以減小電源設(shè)計的總體尺寸。

自20世紀(jì)90年代中期開始，凌力爾特公司一直在生產(chǎn)既具有高效率轉(zhuǎn)換又具有低靜態(tài)電流的電源管理IC。凌力爾特公司在很多電源管理IC中納入了突發(fā)模式(Burst ModeTM)技術(shù)。這種技術(shù)最大限度地降低了該類IC在備用模式時自身所需的電流。在很多情況下，這種備用靜態(tài)電流低至10～20μA。

就數(shù)字電源作為傳統(tǒng)模擬電源解決方案的替代方案而言，普遍接受的數(shù)字電源含意是，使用分時PWM控制環(huán)路來實現(xiàn)電源轉(zhuǎn)換和調(diào)節(jié)。數(shù)字PWM解決方案幾乎總是帶來額外的功能、復(fù)雜性和成本問題。因為數(shù)字方法尚未展現(xiàn)與今天先進(jìn)的模擬電源系統(tǒng)不相上下的性能，因此我們相信，在短期內(nèi)數(shù)字電源不會成為一個影響通信電源市場的重大因素。

Andy Williams：3G再一次為全球消費者帶來他們所需要增加的功能。隨著更多功能的增添，更多的元器件功能和模塊也隨之增加。相應(yīng)地，電能消耗也在增加，因此對電池電量的需求更高。因此，安森美半導(dǎo)體的策略是以最少的耗電量提供取悅消費者功能的元器件，以盡可能高的能效來轉(zhuǎn)換及管理電池電能。安森美半導(dǎo)體產(chǎn)品的電流消耗將越來越低，我們的元器件將更加高效地把電池電能轉(zhuǎn)換為更先進(jìn)通信和處理芯片可用的電壓電平。

此外，我們還有極廣的基礎(chǔ)設(shè)備產(chǎn)品系列，用于諸如3G等全球性網(wǎng)絡(luò)。安森美半導(dǎo)體制造多元化的工業(yè)及通信元器件，它們不僅處理基礎(chǔ)設(shè)施所要求的電能，并且其處理方式不會干擾通信設(shè)備本身的敏感信號。因此，安森美半導(dǎo)體已經(jīng)在基礎(chǔ)設(shè)施及終端設(shè)備市場穩(wěn)占席位，使我們成為重量級的供應(yīng)商，能很好地服務(wù)于3G在全球的繁衍。

Tony Lai：高效率的PA電源管理會延長手機(jī)電池壽命。美信公司能提供高性能PA DC／DC，其專為高端智能手機(jī)制造商設(shè)計。

今日電子：除了上文談到的LED驅(qū)動，3G通信外，電源管理廠商在09年還能找到哪些新的市場切入點?

Tony Armstrong：2009年一個潛在的“熱點”(如果可以這么說的話)是無線連接性。似乎無論哪里的人都要通過電子郵件或Web不間斷地開展業(yè)務(wù)活動，通過短信或話音通信與朋友和家人保持聯(lián)系。結(jié)果，對實現(xiàn)這種“連接性”的產(chǎn)品將有很大需求，這類產(chǎn)品通常具有話音和數(shù)據(jù)傳送功能，它們或者通過3G、GSM或CDMA等電信標(biāo)準(zhǔn)、或者用WiMax和藍(lán)牙技術(shù)傳送話音和數(shù)據(jù)。支持這類設(shè)備所必需的芯片組需要電源管理集成電路，以確保正確工作。不用說，這對凌力爾特這類模擬集成電路供應(yīng)商將非常有益。

Andy Williams：當(dāng)然是上網(wǎng)本(Netbook)和汽車。上網(wǎng)本能夠快速發(fā)展，是因為它們足以讓大多數(shù)用戶接入互連網(wǎng)及進(jìn)行業(yè)務(wù)。汽車市場在總體上將繼續(xù)奮斗，但那些生產(chǎn)出及售出的汽車將具有更高能效，不僅體現(xiàn)在更高的行駛里程，也會體現(xiàn)在混合動力及電動汽車的裝置中。這個趨勢將驅(qū)使越來越多的半導(dǎo)體及元器件加進(jìn)汽車應(yīng)用。汽車將變身為連通的載體，除了具備受市場需求推動的更多的能源管理和安全系統(tǒng)：還會有它們自己的3G連接能力、無線局域網(wǎng)(WLAN)和衛(wèi)星系統(tǒng)。而替代型燃料也將需要汽車采用新的安全及能源管理系統(tǒng)，安森美半導(dǎo)體的元器件可用于構(gòu)建這些系統(tǒng)。

Tony Lai：用電源管理芯片給手持應(yīng)用中不同的處理器供電，是今年的一個非常有前景的應(yīng)用。

今日電子：節(jié)能，環(huán)保的概念在今日顯得尤為重要，請問貴公司會采取哪些措施來繼續(xù)達(dá)成這一目標(biāo)。

Tony Armstrong：去年，由于媒體的大量報道，“綠色環(huán)境保護(hù)”概念得以普及。結(jié)果，很多電源管理產(chǎn)品供應(yīng)商在提高功率效率方面取得了很大進(jìn)步。人們普遍認(rèn)為，大多數(shù)工業(yè)化國家認(rèn)識到需要節(jié)約能量。這是因為，隨著這些國家人口的增加，他們需要更多的能量來為有加熱／冷卻系統(tǒng)、照明和家電的新家居供電。不僅建立新的發(fā)電設(shè)施耗費大量金錢，電能產(chǎn)生后要向用戶供電的過程成本也很高。據(jù)觀察，與建立新的發(fā)電設(shè)施相比，將大多數(shù)家電的電流能耗降低15％～20％是更經(jīng)濟(jì)的做法。

由于建立新的發(fā)電設(shè)施成本很高，因此很多國家已經(jīng)采用了所謂的“綠色政策”，以此鼓勵制造商在最終產(chǎn)品中納入節(jié)能技術(shù)。

就用于節(jié)能DC／DC轉(zhuǎn)換器的電源管理集成電路而言，必須具有兩個主要特點。首先，必須有非常高的轉(zhuǎn)換效率。其次，在備用和停機(jī)模式時必須有低靜態(tài)電流。

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現(xiàn)代電力電子技術(shù)的發(fā)展方向,是從以低頻技術(shù)處理問題為主的傳統(tǒng)電力電子學(xué),向以高頻技術(shù)處理問題為主的現(xiàn)代電力電子學(xué)方向轉(zhuǎn)變。電力電子技術(shù)起始于五十年代末六十年代初的硅整流器件,其發(fā)展先后經(jīng)歷了整流器時代、逆變器時代和變頻器時代,并促進(jìn)了電力電子技術(shù)在許多新領(lǐng)域的應(yīng)用。八十年代末期和九十年代初期發(fā)展起來的、以功率MOSFET和IGBT為代表的、集高頻、高壓和大電流于一身的功率半導(dǎo)體復(fù)合器件,表明傳統(tǒng)電力電子技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入現(xiàn)代電力電子時代。

1.1整流器時代

大功率的工業(yè)用電由工頻(50Hz)交流發(fā)電機(jī)提供,但是大約20%的電能是以直流形式消費的,其中最典型的是電解(有色金屬和化工原料需要直流電解)、牽引(電氣機(jī)車、電傳動的內(nèi)燃機(jī)車、地鐵機(jī)車、城市無軌電車等)和直流傳動(軋鋼、造紙等)三大領(lǐng)域。大功率硅整流器能夠高效率地把工頻交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟?因此在六十年代和七十年代,大功率硅整流管和晶閘管的開發(fā)與應(yīng)用得以很大發(fā)展。當(dāng)時國內(nèi)曾經(jīng)掀起了-股各地大辦硅整流器廠的熱潮,目前全國大大小小的制造硅整流器的半導(dǎo)體廠家就是那時的產(chǎn)物。

1.2逆變器時代

七十年代出現(xiàn)了世界范圍的能源危機(jī),交流電機(jī)變頻惆速因節(jié)能效果顯著而迅速發(fā)展。變頻調(diào)速的關(guān)鍵技術(shù)是將直流電逆變?yōu)?~100Hz的交流電。在七十年代到八十年代,隨著變頻調(diào)速裝置的普及,大功率逆變用的晶閘管、巨型功率晶體管(GTR)和門極可關(guān)斷晶閘管(GT0)成為當(dāng)時電力電子器件的主角。類似的應(yīng)用還包括高壓直流輸出,靜止式無功功率動態(tài)補(bǔ)償?shù)?。這時的電力電子技術(shù)已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)整流和逆變,但工作頻率較低,僅局限在中低頻范圍內(nèi)。

1.3變頻器時代

進(jìn)入八十年代,大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路技術(shù)的迅猛發(fā)展,為現(xiàn)代電力電子技術(shù)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。將集成電路技術(shù)的精細(xì)加工技術(shù)和高壓大電流技術(shù)有機(jī)結(jié)合,出現(xiàn)了一批全新的全控型功率器件、首先是功率M0SFET的問世,導(dǎo)致了中小功率電源向高頻化發(fā)展,而后絕緣門極雙極晶體管(IGBT)的出現(xiàn),又為大中型功率電源向高頻發(fā)展帶來機(jī)遇。MOSFET和IGBT的相繼問世,是傳統(tǒng)的電力電子向現(xiàn)代電力電子轉(zhuǎn)化的標(biāo)志。據(jù)統(tǒng)計,到1995年底,功率M0SFET和GTR在功率半導(dǎo)體器件市場上已達(dá)到平分秋色的地步,而用IGBT代替GTR在電力電子領(lǐng)域巳成定論。新型器件的發(fā)展不僅為交流電機(jī)變頻調(diào)速提供了較高的頻率,使其性能更加完善可靠,而且使現(xiàn)代電子技術(shù)不斷向高頻化發(fā)展,為用電設(shè)備的高效節(jié)材節(jié)能,實現(xiàn)小型輕量化,機(jī)電一體化和智能化提供了重要的技術(shù)基礎(chǔ)。

2.現(xiàn)代電力電子的應(yīng)用領(lǐng)域

2.1計算機(jī)高效率綠色電源

高速發(fā)展的計算機(jī)技術(shù)帶領(lǐng)人類進(jìn)入了信息社會,同時也促進(jìn)了電源技術(shù)的迅速發(fā)展。八十年代,計算機(jī)全面采用了開關(guān)電源,率先完成計算機(jī)電源換代。接著開關(guān)電源技術(shù)相繼進(jìn)人了電子、電器設(shè)備領(lǐng)域。

計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,提出綠色電腦和綠色電源。綠色電腦泛指對環(huán)境無害的個人電腦和相關(guān)產(chǎn)品，綠色電源系指與綠色電腦相關(guān)的高效省電電源,根據(jù)美國環(huán)境保護(hù)署l992年6月17日“能源之星"計劃規(guī)定,桌上型個人電腦或相關(guān)的設(shè)備,在睡眠狀態(tài)下的耗電量若小于30瓦,就符合綠色電腦的要求,提高電源效率是降低電源消耗的根本途徑。就目前效率為75%的200瓦開關(guān)電源而言,電源自身要消耗50瓦的能源。

2.2通信用高頻開關(guān)電源

通信業(yè)的迅速發(fā)展極大的推動了通信電源的發(fā)展。高頻小型化的開關(guān)電源及其技術(shù)已成為現(xiàn)代通信供電系統(tǒng)的主流。在通信領(lǐng)域中,通常將整流器稱為一次電源,而將直流-直流(DC/DC)變換器稱為二次電源。一次電源的作用是將單相或三相交流電網(wǎng)變換成標(biāo)稱值為48V的直流電源。目前在程控交換機(jī)用的一次電源中,傳統(tǒng)的相控式穩(wěn)壓電源己被高頻開關(guān)電源取代,高頻開關(guān)電源(也稱為開關(guān)型整流器SMR)通過MOSFET或IGBT的高頻工作,開關(guān)頻率一般控制在50-100kHz范圍內(nèi),實現(xiàn)高效率和小型化。近幾年,開關(guān)整流器的功率容量不斷擴(kuò)大,單機(jī)容量己從48V/12.5A、48V/20A擴(kuò)大到48V/200A、48V/400A。

因通信設(shè)備中所用集成電路的種類繁多,其電源電壓也各不相同,在通信供電系統(tǒng)中采用高功率密度的高頻DC-DC隔離電源模塊,從中間母線電壓(一般為48V直流)變換成所需的各種直流電壓,這樣可大大減小損耗、方便維護(hù),且安裝、增加非常方便。一般都可直接裝在標(biāo)準(zhǔn)控制板上,對二次電源的要求是高功率密度。因通信容量的不斷增加,通信電源容量也將不斷增加。

2.3直流-直流(DC/DC)變換器

DC/DC變換器將一個固定的直流電壓變換為可變的直流電壓,這種技術(shù)被廣泛應(yīng)用于無軌電車、地鐵列車、電動車的無級變速和控制,同時使上述控制獲得加速平穩(wěn)、快速響應(yīng)的性能,并同時收到節(jié)約電能的效果。用直流斬波器代替變阻器可節(jié)約電能(20~30)%。直流斬波器不僅能起調(diào)壓的作用(開關(guān)電源),同時還能起到有效地抑制電網(wǎng)側(cè)諧波電流噪聲的作用。

通信電源的二次電源DC/DC變換器已商品化,模塊采用高頻PWM技術(shù),開關(guān)頻率在500kHz左右,功率密度為5W~20W/in3。隨著大規(guī)模集成電路的發(fā)展,要求電源模塊實現(xiàn)小型化,因此就要不斷提高開關(guān)頻率和采用新的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),目前已有一些公司研制生產(chǎn)了采用零電流開關(guān)和零電壓開關(guān)技術(shù)的二次電源模塊,功率密度有較大幅度的提高。

2.4不間斷電源(UPS)

不間斷電源(UPS)是計算機(jī)、通信系統(tǒng)以及要求提供不能中斷場合所必須的一種高可靠、高性能的電源。交流市電輸入經(jīng)整流器變成直流,一部分能量給蓄電池組充電,另一部分能量經(jīng)逆變器變成交流,經(jīng)轉(zhuǎn)換開關(guān)送到負(fù)載。為了在逆變器故障時仍能向負(fù)載提供能量,另一路備用電源通過電源轉(zhuǎn)換開關(guān)來實現(xiàn)。

現(xiàn)代UPS普遍了采用脈寬調(diào)制技術(shù)和功率M0SFET、IGBT等現(xiàn)代電力電子器件,電源的噪聲得以降低,而效率和可靠性得以提高。微處理器軟硬件技術(shù)的引入,可以實現(xiàn)對UPS的智能化管理,進(jìn)行遠(yuǎn)程維護(hù)和遠(yuǎn)程診斷。

目前在線式UPS的最大容量已可作到600kVA。超小型UPS發(fā)展也很迅速,已經(jīng)有0.5kVA、lkVA、2kVA、3kVA等多種規(guī)格的產(chǎn)品。

2.5變頻器電源

變頻器電源主要用于交流電機(jī)的變頻調(diào)速,其在電氣傳動系統(tǒng)中占據(jù)的地位日趨重要,已獲得巨大的節(jié)能效果。變頻器電源主電路均采用交流-直流-交流方案。工頻電源通過整流器變成固定的直流電壓,然后由大功率晶體管或IGBT組成的PWM高頻變換器,將直流電壓逆變成電壓、頻率可變的交流輸出,電源輸出波形近似于正弦波,用于驅(qū)動交流異步電動機(jī)實現(xiàn)無級調(diào)速。

國際上400kVA以下的變頻器電源系列產(chǎn)品已經(jīng)問世。八十年代初期,日本東芝公司最先將交流變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用于空調(diào)器中。至1997年,其占有率已達(dá)到日本家用空調(diào)的70%以上。變頻空調(diào)具有舒適、節(jié)能等優(yōu)點。國內(nèi)于90年代初期開始研究變頻空調(diào),96年引進(jìn)生產(chǎn)線生產(chǎn)變頻空調(diào)器,逐漸形成變頻空調(diào)開發(fā)生產(chǎn)熱點。預(yù)計到2000年左右將形成。變頻空調(diào)除了變頻電源外,還要求有適合于變頻調(diào)速的壓縮機(jī)電機(jī)。優(yōu)化控制策略,精選功能組件,是空調(diào)變頻電源研制的進(jìn)一步發(fā)展方向。

2.6高頻逆變式整流焊機(jī)電源

高頻逆變式整流焊機(jī)電源是一種高性能、高效、省材的新型焊機(jī)電源,代表了當(dāng)今焊機(jī)電源的發(fā)展方向。由于IGBT大容量模塊的商用化,這種電源更有著廣闊的應(yīng)用前景。

逆變焊機(jī)電源大都采用交流-直流-交流-直流(AC-DC-AC-DC)變換的方法。50Hz交流電經(jīng)全橋整流變成直流,IGBT組成的PWM高頻變換部分將直流電逆變成20kHz的高頻矩形波,經(jīng)高頻變壓器耦合,整流濾波后成為穩(wěn)定的直流,供電弧使用。

由于焊機(jī)電源的工作條件惡劣,頻繁的處于短路、燃弧、開路交替變化之中,因此高頻逆變式整流焊機(jī)電源的工作可靠性問題成為最關(guān)鍵的問題,也是用戶最關(guān)心的問題。采用微處理器做為脈沖寬度調(diào)制(PWM)的相關(guān)控制器,通過對多參數(shù)、多信息的提取與分析,達(dá)到預(yù)知系統(tǒng)各種工作狀態(tài)的目的,進(jìn)而提前對系統(tǒng)做出調(diào)整和處理,解決了目前大功率IGBT逆變電源可靠性。

國外逆變焊機(jī)已可做到額定焊接電流300A,負(fù)載持續(xù)率60%,全載電壓60~75V,電流調(diào)節(jié)范圍5~300A,重量29kg。

2.7大功率開關(guān)型高壓直流電源

大功率開關(guān)型高壓直流電源廣泛應(yīng)用于靜電除塵、水質(zhì)改良、醫(yī)用X光機(jī)和CT機(jī)等大型設(shè)備。電壓高達(dá)50~l59kV,電流達(dá)到0.5A以上,功率可達(dá)100kW。

自從70年代開始,日本的一些公司開始采用逆變技術(shù),將市電整流后逆變?yōu)?kHz左右的中頻,然后升壓。進(jìn)入80年代,高頻開關(guān)電源技術(shù)迅速發(fā)展。德國西門子公司采用功率晶體管做主開關(guān)元件,將電源的開關(guān)頻率提高到20kHz以上。并將干式變壓器技術(shù)成功的應(yīng)用于高頻高壓電源,取消了高壓變壓器油箱,使變壓器系統(tǒng)的體積進(jìn)一步減小。

國內(nèi)對靜電除塵高壓直流電源進(jìn)行了研制,市電經(jīng)整流變?yōu)橹绷?采用全橋零電流開關(guān)串聯(lián)諧振逆變電路將直流電壓逆變?yōu)楦哳l電壓,然后由高頻變壓器升壓,最后整流為直流高壓。在電阻負(fù)載條件下,輸出直流電壓達(dá)到55kV,電流達(dá)到15mA,工作頻率為25.6kHz。

2.8電力有源濾波器

傳統(tǒng)的交流-直流(AC-DC)變換器在投運時,將向電網(wǎng)注入大量的諧波電流,引起諧波損耗和干擾,同時還出現(xiàn)裝置網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)惡化的現(xiàn)象,即所謂“電力公害”,例如,不可控整流加電容濾波時,網(wǎng)側(cè)三次諧波含量可達(dá)(70~80)%,網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)僅有0.5~0.6。

電力有源濾波器是一種能夠動態(tài)抑制諧波的新型電力電子裝置,能克服傳統(tǒng)LC濾波器的不足,是一種很有發(fā)展前途的諧波抑制手段。濾波器由橋式開關(guān)功率變換器和具體控制電路構(gòu)成。與傳統(tǒng)開關(guān)電源的區(qū)別是:(l)不僅反饋輸出電壓,還反饋輸入平均電流;(2)電流環(huán)基準(zhǔn)信號為電壓環(huán)誤差信號與全波整流電壓取樣信號之乘積。

2.9分布式開關(guān)電源供電系統(tǒng)

分布式電源供電系統(tǒng)采用小功率模塊和大規(guī)?？刂萍呻娐纷骰静考?利用最新理論和技術(shù)成果,組成積木式、智能化的大功率供電電源,從而使強(qiáng)電與弱電緊密結(jié)合,降低大功率元器件、大功率裝置(集中式)的研制壓力,提高生產(chǎn)效率。

八十年代初期,對分布式高頻開關(guān)電源系統(tǒng)的研究基本集中在變換器并聯(lián)技術(shù)的研究上。八十年代中后期,隨著高頻功率變換技術(shù)的迅述發(fā)展，各種變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)相繼出現(xiàn),結(jié)合大規(guī)模集成電路和功率元器件技術(shù),使中小功率裝置的集成成為可能,從而迅速地推動了分布式高頻開關(guān)電源系統(tǒng)研究的展開。自八十年代后期開始,這一方向已成為國際電力電子學(xué)界的研究熱點,論文數(shù)量逐年增加，應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大。

分布供電方式具有節(jié)能、可靠、高效、經(jīng)濟(jì)和維護(hù)方便等優(yōu)點。已被大型計算機(jī)、通信設(shè)備、航空航天、工業(yè)控制等系統(tǒng)逐漸采納,也是超高速型集成電路的低電壓電源(3.3V)的最為理想的供電方式。在大功率場合,如電鍍、電解電源、電力機(jī)車牽引電源、中頻感應(yīng)加熱電源、電動機(jī)驅(qū)動電源等領(lǐng)域也有廣闊的應(yīng)用前景。

3.高頻開關(guān)電源的發(fā)展趨勢

在電力電子技術(shù)的應(yīng)用及各種電源系統(tǒng)中，開關(guān)電源技術(shù)均處于核心地位。對于大型電解電鍍電源,傳統(tǒng)的電路非常龐大而笨重,如果采用高頓開關(guān)電源技術(shù),其體積和重量都會大幅度下降,而且可極大提高電源利用效率、節(jié)省材料、降低成本。在電動汽車和變頻傳動中,更是離不開開關(guān)電源技術(shù)，通過開關(guān)電源改變用電頻率,從而達(dá)到近于理想的負(fù)載匹配和驅(qū)動控制。高頻開關(guān)電源技術(shù),更是各種大功率開關(guān)電源(逆變焊機(jī)、通訊電源、高頻加熱電源、激光器電源、電力操作電源等)的核心技術(shù)。

3.1高頻化

理論分析和實踐經(jīng)驗表明,電氣產(chǎn)品的變壓器、電感和電容的體積重量與供電頻率的平方根成反比。所以當(dāng)我們把頻率從工頻50Hz提高到20kHz,提高400倍的話,用電設(shè)備的體積重量大體下降至工頻設(shè)計的5~l0%。無論是逆變式整流焊機(jī),還是通訊電源用的開關(guān)式整流器,都是基于這一原理。同樣,傳統(tǒng)“整流行業(yè)”的電鍍、電解、電加工、充電、浮充電、電力合閘用等各種直流電源也可以根據(jù)這一原理進(jìn)行改造,成為“開關(guān)變換類電源”,其主要材料可以節(jié)約90%或更高,還可節(jié)電30%或更多。由于功率電子器件工作頻率上限的逐步提高,促使許多原來采用電子管的傳統(tǒng)高頻設(shè)備固態(tài)化,帶來顯著節(jié)能、節(jié)水、節(jié)約材料的經(jīng)濟(jì)效益,更可體現(xiàn)技術(shù)含量的價值。

3.2模塊化

模塊化有兩方面的含義,其一是指功率器件的模塊化,其二是指電源單元的模塊化。我們常見的器件模塊,含有一單元、兩單元、六單元直至七單元,包括開關(guān)器件和與之反并聯(lián)的續(xù)流二極管,實質(zhì)上都屬于“標(biāo)準(zhǔn)”功率模塊(SPM)。近年,有些公司把開關(guān)器件的驅(qū)動保護(hù)電路也裝到功率模塊中去,構(gòu)成了“智能化”功率模塊(IPM),不但縮小了整機(jī)的體積,更方便了整機(jī)的設(shè)計制造。實際上,由于頻率的不斷提高,致使引線寄生電感、寄生電容的影響愈加嚴(yán)重,對器件造成更大的電應(yīng)力(表現(xiàn)為過電壓、過電流毛刺)。為了提高系統(tǒng)的可靠性,有些制造商開發(fā)了“用戶專用”功率模塊(ASPM),它把一臺整機(jī)的幾乎所有硬件都以芯片的形式安裝到一個模塊中,使元器件之間不再有傳統(tǒng)的引線連接,這樣的模塊經(jīng)過嚴(yán)格、合理的熱、電、機(jī)械方面的設(shè)計,達(dá)到優(yōu)化完美的境地。它類似于微電子中的用戶專用集成電路(ASIC)。只要把控制軟件寫入該模塊中的微處理器芯片,再把整個模塊固定在相應(yīng)的散熱器上,就構(gòu)成一臺新型的開關(guān)電源裝置。由此可見,模塊化的目的不僅在于使用方便,縮小整機(jī)體積,更重要的是取消傳統(tǒng)連線,把寄生參數(shù)降到最小,從而把器件承受的電應(yīng)力降至最低,提高系統(tǒng)的可靠性。另外,大功率的開關(guān)電源,由于器件容量的限制和增加冗余提高可靠性方面的考慮,一般采用多個獨立的模塊單元并聯(lián)工作,采用均流技術(shù),所有模塊共同分擔(dān)負(fù)載電流,一旦其中某個模塊失效,其它模塊再平均分擔(dān)負(fù)載電流。這樣,不但提高了功率容量,在有限的器件容量的情況下滿足了大電流輸出的要求,而且通過增加相對整個系統(tǒng)來說功率很小的冗余電源模塊,極大的提高系統(tǒng)可靠性,即使萬一出現(xiàn)單模塊故障,也不會影響系統(tǒng)的正常工作,而且為修復(fù)提供充分的時間。

3.3數(shù)字化

在傳統(tǒng)功率電子技術(shù)中,控制部分是按模擬信號來設(shè)計和工作的。在六、七十年代,電力電子技術(shù)完全是建立在模擬電路基礎(chǔ)上的。但是,現(xiàn)在數(shù)字式信號、數(shù)字電路顯得越來越重要,數(shù)字信號處理技術(shù)日趨完善成熟,顯示出越來越多的優(yōu)點:便于計算機(jī)處理控制、避免模擬信號的畸變失真、減小雜散信號的干擾(提高抗干擾能力)、便于軟件包調(diào)試和遙感遙測遙調(diào),也便于自診斷、容錯等技術(shù)的植入。所以,在八、九十年代,對于各類電路和系統(tǒng)的設(shè)計來說,模擬技術(shù)還是有用的,特別是:諸如印制版的布圖、電磁兼容(EMC)問題以及功率因數(shù)修正(PFC)等問題的解決,離不開模擬技術(shù)的知識,但是對于智能化的開關(guān)電源,需要用計算機(jī)控制時,數(shù)字化技術(shù)就離不開了。

3.4綠色化

電源系統(tǒng)的綠色化有兩層含義:首先是顯著節(jié)電,這意味著發(fā)電容量的節(jié)約,而發(fā)電是造成環(huán)境污染的重要原因,所以節(jié)電就可以減少對環(huán)境的污染;其次這些電源不能(或少)對電網(wǎng)產(chǎn)生污染,國際電工委員會(IEC)對此制定了一系列標(biāo)準(zhǔn),如IEC555、IEC917、IECl000等。事實上,許多功率電子節(jié)電設(shè)備,往往會變成對電網(wǎng)的污染源:向電網(wǎng)注入嚴(yán)重的高次諧波電流,使總功率因數(shù)下降,使電網(wǎng)電壓耦合許多毛刺尖峰,甚至出現(xiàn)缺角和畸變。20世紀(jì)末,各種有源濾波器和有源補(bǔ)償器的方案誕生,有了多種修正功率因數(shù)的方法。這些為2l世紀(jì)批量生產(chǎn)各種綠色開關(guān)電源產(chǎn)品奠定了基礎(chǔ)。

現(xiàn)代電力電子技術(shù)是開關(guān)電源技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)。隨著新型電力電子器件和適于更高開關(guān)頻率的電路拓?fù)涞牟粩喑霈F(xiàn),現(xiàn)代電源技術(shù)將在實際需要的推動下快速發(fā)展。在傳統(tǒng)的應(yīng)用技術(shù)下,由于功率器件性能的限制而使開關(guān)電源的性能受到影響。為了極大發(fā)揮各種功率器件的特性,使器件性能對開關(guān)電源性能的影響減至最小,新型的電源電路拓?fù)浜托滦偷目刂萍夹g(shù),可使功率開關(guān)工作在零電壓或零電流狀態(tài),從而可大大的提高工作頻率,提高開關(guān)電源工作效率,設(shè)計出性能優(yōu)良的開關(guān)電源。

總而言之,電力電子及開關(guān)電源技術(shù)因應(yīng)用需求不斷向前發(fā)展,新技術(shù)的出現(xiàn)又會使許多應(yīng)用產(chǎn)品更新?lián)Q代,還會開拓更多更新的應(yīng)用領(lǐng)域。開關(guān)電源高頻化、模塊化、數(shù)字化、綠色化等的實現(xiàn),將標(biāo)志著這些技術(shù)的成熟,實現(xiàn)高效率用電和高品質(zhì)用電相結(jié)合。這幾年,隨著通信行業(yè)的發(fā)展,以開關(guān)電源技術(shù)為核心的通信用開關(guān)電源,僅國內(nèi)有20多億人民幣的市場需求,吸引了國內(nèi)外一大批科技人員對其進(jìn)行開發(fā)研究。開關(guān)電源代替線性電源和相控電源是大勢所趨,因此,同樣具有幾十億產(chǎn)值需求的電力操作電源系統(tǒng)的國內(nèi)市場正在啟動,并將很快發(fā)展起來。還有其它許多以開關(guān)電源技術(shù)為核心的專用電源、工業(yè)電源正在等待著人們?nèi)ラ_發(fā)。

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(2)季幼章:迎接知識經(jīng)濟(jì)時代,發(fā)展電源技術(shù)應(yīng)用,電源技術(shù)應(yīng)用,N0.2,l998

(3)葉治正,葉靖國:開關(guān)穩(wěn)壓電源。高等教育出版社,1998

張國君,男,1962年生,博士后,副總工程師,1997年5月于天津大學(xué)測控博士后流動站出站,現(xiàn)從事通信電源和電力直流操作電源系統(tǒng)的研究開發(fā)工作,并在清華大學(xué)電力電子研究中心進(jìn)行第二站博士后研究工作。

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[關(guān)鍵詞]不間斷電源 干擾 穩(wěn)態(tài)電壓 瞬態(tài)響應(yīng) 負(fù)載 并機(jī)技術(shù)

中圖分類號：TN86 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-914X（2014）36-0365-01

一、引言

隨著經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展以及基層央行對網(wǎng)絡(luò)建設(shè)認(rèn)識的不斷加深，中心機(jī)房的建設(shè)和改造如火如荼。對于一些重要行業(yè)，在其機(jī)房中，如果設(shè)備比較多，布置比較集中，應(yīng)該優(yōu)先考慮使用大功率不間斷電源。本文主要針對大功率的不間斷電源，特別是對幾個能反映生產(chǎn)技術(shù)水平，也是用戶關(guān)心的特性參數(shù)進(jìn)行探討。

二、不間斷電源的輸出電壓特性

不間斷電源的功能有兩個：一是市電斷電時不間斷地對設(shè)備供電，另一個就是隔離市電干擾，給負(fù)載提供波形穩(wěn)定而純凈的正弦波。因此，考察一個不間斷電源首先就要看它的電壓特性。不間斷電源輸出電壓特性主要由下面3個參數(shù)來描述。

1）穩(wěn)態(tài)電壓精度。

電壓太高或太低會使用戶設(shè)備的壽命縮短，嚴(yán)重時會燒毀設(shè)備，使用在線式不間斷電源可以提供穩(wěn)定的電源電壓，因此對保護(hù)設(shè)備和提高設(shè)備的壽命是非常有利的。穩(wěn)態(tài)電壓精度在平衡負(fù)載和非平衡負(fù)載時能達(dá)到的值一般是不一樣的，如果不加區(qū)別，廠家應(yīng)給出非平衡負(fù)載時的穩(wěn)態(tài)電壓精度。市場參考值是：平衡負(fù)載±1%，非平衡負(fù)載±2%。

2）瞬態(tài)響應(yīng)特性。

電網(wǎng)在受干擾時會產(chǎn)生電壓的瞬時降低或突然升高，極端的電壓降低或升高對設(shè)備的壽命和可靠性是個威脅，使用在線式不間斷電源可使電網(wǎng)電壓波動的影響減至盡可能小的程度。瞬態(tài)響應(yīng)特性指負(fù)載從0%-100%突加或從100%-0%突減時輸出電壓的精度，市場參考值是±4%。

3）諧波失真度。

電力經(jīng)輸配電線路傳送至用戶端時，其間由于各種設(shè)備（特別是非線性設(shè)備）的使用，往往造成用戶端子電壓的失真，失真了的電壓和電流波形對民網(wǎng)中的敏感設(shè)備是一種干擾，諧波電流則會使輸電線路的輸電能力下降，使輸變電設(shè)備發(fā)熱等。一般要求諧波失真度小于5%，在線式不間斷電源的失真度小于3%。

4）頻率穩(wěn)定度。

在我國，電網(wǎng)頻率是50Hz，但是電網(wǎng)中的發(fā)電機(jī)運轉(zhuǎn)會由于客戶端用電量的突然變化導(dǎo)致發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速發(fā)生變化，其結(jié)果是電網(wǎng)頻率產(chǎn)生偏移，然而，在線式不間斷電源的輸出可提供穩(wěn)態(tài)的頻率。

5）突波保護(hù)。

在線式不間斷電源內(nèi)部安裝有突波吸收器件，用以吸收突波，保護(hù)用戶設(shè)備的安全。

6）電源監(jiān)控。

配合不間斷電源的智能型通信接口及監(jiān)控軟件可記錄市電電壓頻率、停電時間及次數(shù)來達(dá)到電源的監(jiān)控，并可安排不間斷電源定時開機(jī)及關(guān)機(jī)的時間以節(jié)約能源。

三、不間斷電源帶非線性負(fù)載的能力

不間斷電源的負(fù)載主要是計算機(jī)，而計算機(jī)電源是開關(guān)電源，它們吸取的電流并非正弦波，稱為非線性負(fù)載，市電容量大，阻抗小，對非線性負(fù)載供電時問題不大，不間斷電源卻有較大的輸出阻抗，非線性負(fù)載會在不間斷電源的輸出端產(chǎn)生諧波電壓，特別是在諧振頻率附近的諧波電壓更大，使不間斷電源的輸出電壓失真，而且不間斷電源本身的容量也有限，必須要有好的對策對付高波峰因數(shù)的負(fù)載電流，否則不間斷電源可能在帶這類負(fù)載時經(jīng)常切換到限流工作，引起輸出電壓降低，進(jìn)而影響計算機(jī)負(fù)載的正常運行。所以現(xiàn)在考慮不間斷電源的容量時，也應(yīng)該考慮非線性負(fù)載的影響，因為不間斷電源的標(biāo)稱容量同其他電氣設(shè)備一樣，是按負(fù)載功率因數(shù)0.8來定的，而非線性負(fù)載的功率因數(shù)常常只有0.6.-0.65，如果要不間斷電源帶滿負(fù)荷的這類負(fù)載，勢必?zé)o能為力，所以核定不間斷電源容量時，應(yīng)該進(jìn)行適當(dāng)放大。

四、不間斷電源的輸入特性

不間斷電源的輸出特性主要決定于不間斷電源的逆變器，而不間斷電源的輸入特性主要取決于不間斷電源的整流特性。過去人們不太重視不間斷電源的輸入特性，談到輸入部分只談輸入電壓范圍、頻率，對輸入功率因數(shù)、諧波影響則不太關(guān)心。有的廠家提供了輸入濾波器，功率因數(shù)能提高到0.9以上，但出于經(jīng)濟(jì)上的考慮，僅僅將其作為可選件，并且還是手動接入的斷開的。

其實，設(shè)備的功率因數(shù)低、諧波電流大會給電網(wǎng)帶來很多危害，歸納起來主要有：1）干擾其他用電設(shè)備；2）增大輸入電流在傳輸線上的損耗；3）增加前級設(shè)備的功率容量，提高投資；4）增大中線電流。

為了達(dá)到對負(fù)載的不間斷供電，不間斷電源還經(jīng)常與柴油發(fā)電機(jī)配合使用，這時低功率因數(shù)的不間斷電源對柴油發(fā)電機(jī)和其負(fù)載的危害會更明顯。

傳統(tǒng)開關(guān)電源的功率因數(shù)，由于使用PFC（功率因數(shù)矯正）電路，普遍能達(dá)到0.99以上，高頻PWM整流技術(shù)更為大功率不間斷電源的輸入特性的改善提供了可行性，相信高功率因數(shù)的不間斷電源將是人們今后追求的選擇。

五、不間斷電源并機(jī)技術(shù)

目前主要有兩種并機(jī)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：一是串聯(lián)，另一種是并聯(lián)。

（1）串聯(lián)結(jié)構(gòu)

兩整的不間斷電源同步工作，但一臺不間斷電源的輸出接到另一臺不間斷電源的靜態(tài)開關(guān)，前者是從機(jī)，后者是主機(jī)，平常主機(jī)輸出全部負(fù)載電流，主機(jī)故障時切換到從機(jī)，這種結(jié)構(gòu)的并機(jī)系統(tǒng)最大的問題是主機(jī)的靜態(tài)旁路沒有備份，如果主機(jī)的轉(zhuǎn)換控制失靈或出現(xiàn)靜態(tài)旁路故障，即使從機(jī)正常，也不能切換給負(fù)載。

（2）并聯(lián)結(jié)構(gòu)

并聯(lián)結(jié)構(gòu)有兩種工作模式：一種是功率均分方式，另一種是熱備份方式。

功率均分方式是：兩臺不間斷電源在正常情況下平均承擔(dān)負(fù)載電流，一旦有一臺不間斷電源出現(xiàn)故障，間斷電源退出，另一臺承擔(dān)全部負(fù)載電流。這種方式的并機(jī)系統(tǒng)既可以用于容量擴(kuò)充，又可以用于系統(tǒng)備份，比如，兩個30VA的不間斷電源在功率均分模式下并機(jī)工作，可以帶60kVA的負(fù)載，但如果要實現(xiàn)備份，則負(fù)載容量必須限制在一臺不間斷電源的容量，即30kVA之內(nèi)。

并聯(lián)熱備份方式是：兩臺不間斷電源同步工作，但平時只有一臺對外輸出功率，另一臺處于熱備份狀態(tài)。一旦一臺出現(xiàn)故障，立即切換到另一臺，熱備份方式?jīng)]有容量擴(kuò)充的功能，值得一提的是，目前有的廠家又提出了改進(jìn)型的熱備份方式，它把兩臺不間斷電源的蓄電池并聯(lián)起來，系統(tǒng)除了有整流器1和逆變器1，整流器2和逆變器2組成的通路外，還提供由整流器1和逆變器2組成的通路和由整流器2和逆變器1組成的通路，也就是說，系統(tǒng)大大減少了自身整流器和逆變器故障引起的到靜態(tài)旁路的切換次數(shù)，同時，兩臺不間斷電源的蓄電池并聯(lián)在一起也避免了可能發(fā)生的一組蓄電池經(jīng)常放電，而另一組蓄電池長期不放電的現(xiàn)象，這對蓄電池的維護(hù)很有意義，而且在蓄電池上花同樣的錢可以獲得兩倍的延時，所以說，這種熱備份方式不失為一種好的選擇。

參考文獻(xiàn)

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【關(guān)鍵詞】UPS電源 技術(shù)性能 可靠性

UPS電源的操作形式分別是在線式與后備式，而實際輸出波形則是正弦與方波，通過這種工作方式能夠有效隔離直流電能，進(jìn)而抑制電網(wǎng)突然發(fā)生變化時帶來的不良影響，這在一定程度上能夠有效確保供電的安全性以及可靠性，例如在醫(yī)院、機(jī)場等重要場所里面，如果突然斷電勢必會影響正常使用。計算機(jī)應(yīng)用的普及，以及各類專業(yè)電子設(shè)備的出現(xiàn)，都對供電質(zhì)量提出了新的要求，基于UPS電源能在使用過程中起到不錯的供電效果，為此得到了眾多領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，并逐漸發(fā)展成了高度自動化、高效能的供電中心。

1 UPS電源技術(shù)性能

1.1 重復(fù)控制技術(shù)

UPS電源由逆變器以及其他設(shè)備共同組成，具備儲能裝置是一種恒壓恒頻電源。UPS電源的重復(fù)控制技術(shù)需要穩(wěn)態(tài)內(nèi)膜，以此來實現(xiàn)電壓降至零時其可以繼續(xù)發(fā)揮控制作用，抵消其他電流帶來的干擾。在UPS電源中使用重復(fù)控制技術(shù)，能夠構(gòu)成低成本、高效率的波形控制體系。具體一些就是在每個環(huán)節(jié)輸入電壓誤差后，會每隔一段時間重復(fù)出現(xiàn)一次，只要輸入的電壓誤差不為零，那么它所輸出的幅度就會逐漸增加，如果電壓誤差在控制技術(shù)的影響下衰減至零，與之相對應(yīng)的輸出電力并不會直接消失，只是暫時不再發(fā)生變化，但是還會保持上周期的輸出波形，并且該類波形還會周期性的輸出，最終通過重復(fù)控制技術(shù)，UPS電源實現(xiàn)對諧波的有效控制。

1.2 并聯(lián)技術(shù)

UPS電源如果是在醫(yī)院、機(jī)場以及火車站等場所進(jìn)行服務(wù)，因為這些場所的用電特殊性，UPS電源容量只有達(dá)到數(shù)兆伏安，才能滿足這些特殊場所的需求。而UPS電源實際上因散熱技術(shù)以及功率設(shè)備等外在因素的干擾，并不能真正達(dá)到容量的需求標(biāo)準(zhǔn)，為此，UPS電源要想解決這一現(xiàn)狀，還需要使用并聯(lián)技術(shù)。UPS電源使用并聯(lián)技術(shù)主要是為了解決電能均流問題。UPS電源并聯(lián)技術(shù)與直流電源并聯(lián)技術(shù)相比較而言，前者并聯(lián)技術(shù)制定的標(biāo)準(zhǔn)更高，一定要能滿足各類逆變器所輸出的電壓頻率、幅值以及相位等是一致的或者是相等的。UPS電源使用并聯(lián)技術(shù)的過程中，可逐步形成具備容錯效果的冗余供電系統(tǒng)。當(dāng)前UPS電源所使用的主要并聯(lián)技術(shù)是集中式、分散式、從式、環(huán)鏈?zhǔn)揭约盁o線式的控制技術(shù)等等，這么多技術(shù)當(dāng)中，按照技術(shù)性能進(jìn)行有效分析，得出無線式的控制技術(shù)其起到的效果最佳。

1.3 整流技術(shù)

UPS電源功率過大時常會使用整流技術(shù)，在功率特別大的位置會使用不同相位的整流技術(shù)。UPS電源里面使用整流技術(shù)具有以下幾個方面的優(yōu)勢，首先是操作原理非常簡單，其次是控制方法現(xiàn)已成熟，功率比較高等等，同樣的也存有一定的劣勢，那就是諧波電流比較大，運行的安全性較低。而為了確保不給電網(wǎng)帶來干擾，常會在實際運行時使用其他先進(jìn)技術(shù)，如濾波器技術(shù)等，具體來講就是把12脈沖中的整流輸入到諧波電流中，直至其減值到6脈以下。

2 UPS電源的可靠性

2.1 在線式的UPS電源

在線式的UPS電源在實際使用過程中，能夠直接消除電網(wǎng)帶來的影響，并且還能降低對負(fù)荷造成的影響。在供電電壓平穩(wěn)的狀態(tài)下，能夠加快電網(wǎng)和其他設(shè)備的轉(zhuǎn)換速度，如電網(wǎng)和蓄電池之間的切換時間就為零。如果在供電過程中，突然電壓不能進(jìn)行穩(wěn)定供電，這時在線式的UPS電源就會啟動繼續(xù)供電；如果供電電壓沒有出現(xiàn)任何意外，保持穩(wěn)定供電，電流則會直接通過突波抑制設(shè)備，在整流設(shè)備里面直接轉(zhuǎn)換成直流電，然后再通過逆變器轉(zhuǎn)換成交流電，進(jìn)而滿足各類設(shè)備的實際需求。

2.2 后備式的UPS電源

后備式的UPS電源在實際使用過程中，會發(fā)揮穩(wěn)壓設(shè)備功能，改善當(dāng)前供電電壓的波動，但是對部分進(jìn)入電網(wǎng)中的干擾信號則不會起到相應(yīng)的抑制作用。當(dāng)供電突然中斷或者是電壓在170V以下時，蓄電池就會直接利用逆變器為負(fù)載及時提供穩(wěn)壓交流電。而在供電電壓較為穩(wěn)定時，電流在對旁路通道進(jìn)行交流，或者是轉(zhuǎn)換了開關(guān)以后，會開始直接為負(fù)載進(jìn)行供電，而逆變器則會停止工作，這樣一來就能節(jié)省不少電能。

2.3 互動式的UPS電源

UPS電源在實際使用過程中，其互動式的UPS電源逆變器一直處于準(zhǔn)備狀態(tài)，因此它運行時電流需要進(jìn)行轉(zhuǎn)換的時間非常短，這在一定程度上確保了輸出電壓的可靠性。但是互動式UPS電源所使用的充電器，一般是使用雙向的變換器，也就是說它實際充電效果不好，將會直接導(dǎo)致UPS電源不能再繼續(xù)得以正常使用，為此，在逆變器以及電池充電器里面必須要增設(shè)一個電力轉(zhuǎn)換器，然后再使用變向轉(zhuǎn)換器來有效加快電池實際充電的速度，在其處于停電狀態(tài)的情況下，變向轉(zhuǎn)換器會直接替換逆變器，也就是說電池中原來存儲的電能會轉(zhuǎn)換成交流電源中供應(yīng)的負(fù)載。

3 結(jié)束語

通過上述內(nèi)容，我們從中可以看出，UPS電源技術(shù)性能以及可靠性都非常的突出，因此被各種大型的場所或者是特殊區(qū)域廣泛應(yīng)用，除此之外，UPS電源還能確保為各類設(shè)備提供優(yōu)質(zhì)供電服務(wù)，確保電力相關(guān)設(shè)備可以穩(wěn)定運行，進(jìn)而滿足人們的需求，為此，對UPS電源技術(shù)進(jìn)行有效掌握，不僅能夠使用可靠的UPS電源，還能使電力系統(tǒng)得到優(yōu)質(zhì)電源。

參考文獻(xiàn)

[1]呂燕春.UPS電源技術(shù)性能及可靠性的研究[J].鐵路計算機(jī)應(yīng)用，2013，01：29-31.

[2]董妍，張翌D.UPS電源技術(shù)性能及可靠性的研究[A].吉林省科學(xué)技術(shù)協(xié)會.增強(qiáng)自主創(chuàng)新能力 促進(jìn)吉林經(jīng)濟(jì)發(fā)展――啟明杯?吉林省第四屆科學(xué)技術(shù)學(xué)術(shù)年會論文集（上冊）[C].吉林省科學(xué)技術(shù)協(xié)會，2012：2.

[3]馬亮.淺談UPS電源的技術(shù)性能及可用性[J].科技與企業(yè)，2012，01：68.

作者簡介

米子昂（1988-），男，北京市人?，F(xiàn)為民航華北空管局技術(shù)保障中心助理工程師。研究方向為UPS。

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關(guān)鍵詞：電源管理芯片；功率因數(shù)校正；開關(guān)電源（SMPS）

電源管理芯片是為了節(jié)約電路系統(tǒng)整體能耗而利用管理芯片將電源輸出合理分配給電路中不同組件，用管理芯片來控制減少閑置時組件的功耗，從而達(dá)到低功耗的目的。

電源管理芯片的原理是通過編程來控制設(shè)置在電源內(nèi)的芯片，使電源管理系統(tǒng)通過軟件指令控制各級電壓激活與否，即通過各項不同軟件指令來實現(xiàn)循環(huán)執(zhí)行和條件執(zhí)行控制各級電壓激活， 在電源系統(tǒng)內(nèi)部完成電能的變換、分配、檢測、管理。通過CPU供電幅值，控制各級電路功率輸出。

電源管理芯片的目標(biāo)是提高效率，降低功耗以此達(dá)到綠色環(huán)保的要求，而隨著其應(yīng)用范圍的越來越廣泛，其功能越來越多，增效節(jié)能的要求也更加突出，節(jié)能增效的要求不再僅僅是開關(guān)電源等核心部位的要求，功率因數(shù)校正（PFC）、USB充電和系統(tǒng)級節(jié)能增效的問題，也日益受到關(guān)注。

在越來越多的領(lǐng)域?qū)﹄娫垂芾硇酒岢鲂碌囊?，如通信、?shù)字家庭設(shè)備、移動終端等等，隨著對數(shù)據(jù)處理能力的不斷提高，能耗的要求也越來越增加。因此如何盡可能的滿足能耗的需求同時提高效率，節(jié)約電能成為重中之重。

電腦的電源系統(tǒng)管理主要可以關(guān)注PFC的功耗和開關(guān)電源的功耗，如何提升每一級電路的能效是相當(dāng)重要的。在開關(guān)電源（SMPS）部分，我們可以通過軟件編程完成開關(guān)損耗的下降或者整流器壓降來減少次級損耗。這兩種都是行之有效的方法。

如今我們可以通過采用工藝更為先進(jìn)、性能參數(shù)更加高的PFC電感、diode、場效應(yīng)管來提高PFC的效率。但隨著要求的迅速提高僅僅通過選擇性能參數(shù)優(yōu)異的原件滿足不了新的要求，因此只有新技術(shù)的應(yīng)用才將會滿足新的要求例如無橋PFC，它可以大大減少橋的損耗。

為了達(dá)到更高的效率我們還可以采用交錯式PFC，以及通過工藝技術(shù)的提高、軟開關(guān)技術(shù)等來完成開關(guān)損耗的下降或者新型拓?fù)涞膽?yīng)用等等。

在移動終端日益發(fā)展的今天，智能手機(jī)，平板電腦、智能手表眼鏡等可穿戴電子產(chǎn)品功能多元化、完善化，其電源的尺寸、效率、能耗、充電時間、性能的安全穩(wěn)定性的問題日益凸顯，電源管理芯片技術(shù)的研究應(yīng)用也越來越重要。

在移動終端方面，更多采用USB接口進(jìn)行充電，如何通過USB接口快速充電，提高效率是一個挑戰(zhàn)。一般移動設(shè)備通過USB連接電腦時，Imax為500mA，而充電芯片功率為有限值，如何利用有限功率高效完成充電是非常重要的，我們利用開關(guān)模式的充電芯片可以很好替代傳統(tǒng)的線性充電方式，大大提高效率節(jié)約時間能耗，移動終端市場的蓬勃發(fā)展，提供機(jī)遇的同時也給出了許多難題。我們可利用具有高速動態(tài)響應(yīng)的降壓控制器，高速運行，可允許使用更小的系統(tǒng)電容，同時集成了更多開關(guān)管以及充電電流偵測電阻，使得應(yīng)用更簡便。通過外部的偵測電阻和電池端NTC電阻來檢測動態(tài)電流，對電池容量進(jìn)行合理估算，同時利用高效算法，及OCV偵測功能來初始化和校準(zhǔn)修正電池剩余容量，增強(qiáng)電池偵測的準(zhǔn)確性，以更提高用戶體驗。

移動終端和可佩戴電子設(shè)備有兩個關(guān)鍵問題除了上面我們談到的高效率，我們還很關(guān)注產(chǎn)品的體積。我們希望產(chǎn)品越小越好越輕越好，因此便攜成為很重要的衡量指標(biāo)。但高的效率調(diào)節(jié)需要更多元件支撐，也必然推高成本增大體積，所以如很取舍，設(shè)計人員需要權(quán)衡主次，確定移動終端中最需要功率支持的部件，因此找到核心部件，是重中之重。例如，手機(jī)中的基帶處理器從不會關(guān)閉，但是在待機(jī)操作中卻要占用90%以上的時間.因此，要最大化延長手機(jī)的運行時間，選擇一個具有極低漏電流（數(shù)十μA）的功率芯片就顯得非常重要了。能耗的減低是最終目標(biāo)，確保最長的運行時間，最低的消耗是電源管理不懈的追求。

除了以上處理方式之外，優(yōu)化PCB空間也是解決體積問題的出路之一，因為低功率并不表示小體積，我們必須最大化的利用面積，我們可以通過最優(yōu)化電容電感這些無源器件解決我們的問題。

電源管理芯片的有相當(dāng)廣闊的發(fā)展前景，新技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用也將多元化，其性能也將日益完善。

參考文獻(xiàn)：

[1]習(xí)林茂.一種SOI CMOS電壓轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計[D].西安電子科技大學(xué)，2011.

[2]張培劍.基于智能IC卡的小型電源管理模塊設(shè)計[D].山東大學(xué)，2013.

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引言

電子系統(tǒng)可視為是種類不同的元件集合，有些元件有著固定的性能指標(biāo)和耗能，這些元件被稱為非電源管理元件；上反，有些元件可以在不同時間工作，并且有多種耗能狀態(tài)，相應(yīng)地消耗著不同的系統(tǒng)電能，這些元件稱為可電源管理元件?？呻娫垂芾碓挠行褂贸蔀楣?jié)省系統(tǒng)耗能，使整個系統(tǒng)在有限電能下長時間工作的關(guān)鍵所在。

系統(tǒng)元件從一種耗能狀態(tài)到另一種耗能狀態(tài)往往需要一段時間，并且在這段時間內(nèi)會消耗更多的額外能量。狀態(tài)的改變會影響系統(tǒng)的性能，所以設(shè)計者需要在系統(tǒng)節(jié)能和系統(tǒng)性能之間找到恰當(dāng)?shù)恼壑郧腥朦c。本文介紹了動態(tài)電源管理中的一些方法。這些方法將決定元件是否改變耗能狀態(tài)和何時改變。

1 動態(tài)電源管理技術(shù)

“動態(tài)電源管理”是動態(tài)地分配系統(tǒng)資源，以最少的元件或元件最小工作量的低耗能狀態(tài)，來完成系統(tǒng)任務(wù)的一種降低功耗的設(shè)計方法。對于電源管理實施時間的判斷，要用到多種預(yù)測方法，根據(jù)歷史的工作量預(yù)測即將到來的工作量，決定是否轉(zhuǎn)換工作狀態(tài)和何時轉(zhuǎn)換。這就是動態(tài)電源管理技術(shù)的核心所在——動態(tài)電源管理方法。

動態(tài)電源管理技術(shù)適用的基本前提是，系統(tǒng)元件在工作時間內(nèi)有著不相同的工作量。大多數(shù)的系統(tǒng)都具有此種情況。另一個前提是，可以在一定程度上確信能夠預(yù)知系統(tǒng)、元件的工作量的波動性。這樣才有轉(zhuǎn)換耗能狀態(tài)的可能，并且在對工作量的觀察和預(yù)知的時間內(nèi)，系統(tǒng)不可以消耗過多的能量。

2 電源管理

各個系統(tǒng)設(shè)備當(dāng)接到請求時，設(shè)備忙；而沒有請求時，就進(jìn)入了空閑狀態(tài)。設(shè)置進(jìn)入空閑時，可以關(guān)閉設(shè)備，進(jìn)入低耗能的休眠狀態(tài)；當(dāng)再次接到請求后，設(shè)備被喚起。這就是所謂的“電源管理”。然而，耗能狀態(tài)的改變是需要時間的，也就是關(guān)閉時延和喚起時延。喚起休眠狀態(tài)中的設(shè)備需要額外的能量開銷，如圖1所示。如果沒有這項開銷，也就用不著電源管理技術(shù)了，完全可以只要設(shè)備空閑就關(guān)閉設(shè)備、這種時延和能量開銷確定存在，所以必須考慮，只有當(dāng)設(shè)備在休眠狀態(tài)所節(jié)省的能量至少可以抵得上狀態(tài)轉(zhuǎn)換耗能的情況時，才可以進(jìn)入休眠狀態(tài)。

電源管理技術(shù)是一個預(yù)知性問題。應(yīng)尋求預(yù)知空閑時間是否足夠長，以及于能否抵得上狀態(tài)轉(zhuǎn)換的耗能開銷?？臻e時間過短時，采用電源管理的方案就得不償失了。所以事先估計出空閑時間的長短是電源管理技術(shù)中的首要問題。定義“恰當(dāng)?shù)耐Ｖ箷r間段”（tBE）：能達(dá)到系統(tǒng)節(jié)能的最短空閑時間段。此時間與設(shè)備元件本身有關(guān)，與系統(tǒng)發(fā)出的請求無關(guān)。假設(shè)狀態(tài)轉(zhuǎn)換延時t0（包括關(guān)閉和喚起延時）耗能為E0；工作狀態(tài)功率Pw，休眠狀態(tài)功率Ps，可由以下式求出tBE。

Pw×tBE=E0+Ps×(tBE-T0)

等式左邊為“適合暫停時間段”內(nèi)的耗能，也就是系統(tǒng)在這段用于節(jié)能的最短空閑時間內(nèi)繼續(xù)工作所需能量；右邊是狀態(tài)轉(zhuǎn)換耗能和休眠時間內(nèi)的系統(tǒng)耗能。tBE換和這段休眠時間內(nèi)的系統(tǒng)耗能。電源管理技術(shù)就是要預(yù)知將要發(fā)生的休眠時間是否能夠大于tBE，只有大于它，設(shè)備才有休眠的必要。

3 基于先驗預(yù)知的動態(tài)電源管理技術(shù)

對于大多數(shù)真實系統(tǒng)，即將輸入的信號是難以確定的。動態(tài)電源管理的決策是基于對未來的不確定預(yù)知的基礎(chǔ)之上的。所有的基于預(yù)知的動態(tài)電源管理技術(shù)的基本原理是探過去工作量的歷史和即將發(fā)生的工作量之間的相互關(guān)系，來對未來事件進(jìn)行可靠的預(yù)知。對于動態(tài)電源管理，我們關(guān)心怎樣預(yù)知足夠長的空閑時間進(jìn)入休眠狀態(tài)，表達(dá)如下：

p={tIDLE>tBE}

我們稱預(yù)知空閑時間比實際的空閑時間長（短）為“預(yù)知過度”（“預(yù)知不足”）。預(yù)知過度增加了對性能的影響；預(yù)知不足雖對性能無影響卻造成了能量的浪費。要是能既無預(yù)知過度又無預(yù)知不足，那就是一個理想的預(yù)知。預(yù)知的質(zhì)量取決于對觀察樣本的選擇和對工作量的統(tǒng)計。

3.1 靜態(tài)預(yù)知方法

固定超時法：最普遍的電源管理預(yù)知法，用過去的空閑時間作為觀察校本對象來預(yù)知當(dāng)前空閑時段的總持續(xù)時間。此方法總結(jié)如下：空閑時鐘開始，計時器開始計時，超過固定超時時間tTO系統(tǒng)仍處于空閑，則電源管理使得系統(tǒng)休眠，直到接收到外界請求，標(biāo)志著空閑狀態(tài)的結(jié)束。能夠合理地選擇tTO顯然是這種方法的關(guān)鍵。通常在要求不高的情況下取tTO=tBE。

固定超時法優(yōu)點有二：①普遍適用（應(yīng)用范圍僅限決于工作量）；②增加固定超時值可以減少“過度預(yù)知”（即預(yù)知時間比實際空閑時間長）的可能性。但是其缺點也明顯：固定超時過大則將引起預(yù)知不足，結(jié)果不能有效的節(jié)省能量，相當(dāng)多的能量浪費在等待超時上。

預(yù)知關(guān)閉法：此方法可以解決固定超時法中等待固定超時而耗費過多能量的問題，即預(yù)知到系統(tǒng)的空閑可能性就立即關(guān)閉系統(tǒng)，無需等到空閑時間超過超時值。預(yù)知方法是對歷史工作量的統(tǒng)計上做的有肯定性估計。

Srivastave提出了兩種先驗關(guān)閉的方案。

①非線性衰減方程（φ）。此方程可由過去的歷史中得到。

t的上標(biāo)表示過去空閑和工作時期的序號，n表示當(dāng)前的空閑時期（其長度有待于預(yù)知估計）和最近的工作時段。此方程表明了要估計將發(fā)生的空閑時期，要考慮到過去的空閑和工作時期。

如果tpred>tBE，那么系統(tǒng)一空閑就立即關(guān)閉。觀察樣本是

此方法的局限：

*無法自主決定衰減方程的類型；

*要根據(jù)收集和分析的分散數(shù)據(jù)建立衰減模型，并且這些數(shù)據(jù)適合此衰減模型。

這些數(shù)據(jù)適合此衰減模型。

②極限方案。此方案基于一個極限。觀察樣本為緊挨著當(dāng)前空閑時期之前的工作時期，如果便認(rèn)為空閑時期比前一個工作時期長，則系統(tǒng)關(guān)閉。

注意：統(tǒng)計研究表明，短時間的工作時期后是長時間的空閑期；長時間的工作期后是短時間的空閑期。這樣的系統(tǒng)可以用極限法，如圖2所示。而短時期的工作期后是短時期的空閑期這種情況下就不能用些極限法?？傊?，對tthr的選擇尤為重要。

預(yù)知喚起法：可以解決固定超時方法中喚起時的性能損耗。當(dāng)預(yù)知空閑時間超時后則系統(tǒng)喚起，即使此時沒有接收收到任何系統(tǒng)請求。使用此方法應(yīng)注意的是，如果tidle被“預(yù)知不足”，則這種方法增加了能量的消耗，但同時也減少了等待接收第一個系統(tǒng)請求的時間，還是在一定程度上節(jié)省了能量，提高了系統(tǒng)性能。

3.2 動態(tài)預(yù)知方法

由于動態(tài)電源管理方法的最優(yōu)化取決于對工作量的統(tǒng)計，當(dāng)工作量既未知又非靜態(tài)時，靜態(tài)預(yù)知方法就不是十分有效。因此，就有了動態(tài)預(yù)知方法。對非靜態(tài)工作量有幾種動態(tài)的預(yù)知方法。

①設(shè)定一套超時值，每個值與一個參數(shù)相關(guān)。此參數(shù)表明超時值選擇的準(zhǔn)確性。此方法是在每一個空閑時間內(nèi)，選擇這些超時值中最有效的一個值。

②此方法同樣有一些供選擇的超時值，分配給每個值一個“權(quán)”。此“權(quán)”是對過去相同要求下，采取此超時值帶來的滿意度為衡量對象抽象出的參數(shù)。實際采用的超時值是取所有被選超時值的權(quán)的平均。

③只采用一個超時值，當(dāng)選擇此超時值后會引起許多不盡如人意的“系統(tǒng)關(guān)閉”后，再適當(dāng)增加此值。當(dāng)更多的“系統(tǒng)關(guān)閉”可以被接受了，則適當(dāng)降低此值。

4 總結(jié)

動態(tài)電源管理是降低電子系統(tǒng)耗能的有效設(shè)計方法。在電源管理系統(tǒng)中，不同元件的工作狀態(tài)要動態(tài)地適應(yīng)不同程度的性能要求，只有這樣才能最小化空閑時間浪費的能量或者無用元件浪費的能量。