電源模塊與電源用元器件的最新技術(shù)動態(tài)

　　【ROHM半導(dǎo)體（上海）有限公司12月17日上海訊】

　　1．電源模塊相關(guān)發(fā)展概況

　　一直以來，電源模塊（AC/DC適配器等）因其對電氣產(chǎn)品的性能和功能產(chǎn)生的直接影響較小而少有關(guān)注，但近些年來，對這類電源的關(guān)注達(dá)到了前所未有的高度。究其主要原因，可以說是“環(huán)境”。近年來，世界各地頻繁發(fā)生環(huán)境問題，各國展開了諸多致力于減輕環(huán)境負(fù)擔(dān)的行動，當(dāng)然對電源的環(huán)保策略也早已提上日程。其關(guān)鍵詞有以下兩個(gè)。





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　　關(guān)鍵詞①：高效化

　　隨著電氣產(chǎn)品的生產(chǎn)量逐年增加，用電量也與其成正比呈逐年上升趨勢。如今，電氣產(chǎn)品每年的生產(chǎn)量約50億臺左右，其中絕大多數(shù)產(chǎn)品均搭載有電源模塊和電源電路。假設(shè)這些電源的損耗能夠改善1W（瓦），簡單地計(jì)算一下每年可節(jié)約50億W，節(jié)能效果相當(dāng)于5座核電廠。在這種背景下，各國的標(biāo)準(zhǔn)團(tuán)體等也紛紛提高能效標(biāo)準(zhǔn)，要求開發(fā)符合這些標(biāo)準(zhǔn)的電源模塊和電源電路。

　　在此介紹一下對電源模塊高效化要求的代表性標(biāo)準(zhǔn)---美國能源部（DOE）制定的能效標(biāo)準(zhǔn)。美國能源部于2014年2月3日頒布了對AC適配器等外部電源更嚴(yán)格的能效要求。從2016年2月10日以后（預(yù)計(jì)），不符合新標(biāo)準(zhǔn) （表1、表2）的對象外部電源將無法在美國國內(nèi)銷售。因此，以AC/DC適配器廠家等為主的企業(yè)正在加速推出滿足該標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品。

　　表1．DOE CEC 6級　外部電源能效標(biāo)準(zhǔn)AC/DC電源（輸出電壓≧ 6V）

　　表2．DOE CEC6級　外部電源能效標(biāo)準(zhǔn)AC/DC電源（輸出電壓＜ 6V）

　　關(guān)鍵詞②：減少工業(yè)廢棄物

　　隨著電氣產(chǎn)品生產(chǎn)數(shù)量的增加，其廢棄物也在增加，為了減少這些工業(yè)廢棄物，要求做到3R（減少使用：Reuse，重復(fù)使用：Reduce，循環(huán)使用：Recycle）。而一直以來，電源產(chǎn)品僅部分組成元器件和材料可以循環(huán)使用，大部分均被廢棄。如今，減輕這類環(huán)境負(fù)擔(dān)的技術(shù)開發(fā)取得不菲成果，越來越多的產(chǎn)品開始搭載電源模塊和電源電路。在不久的將來，這些技術(shù)有望為工業(yè)廢棄物的削減作出更大貢獻(xiàn)。

　　本文將圍繞這些關(guān)鍵詞針對電源的高效化以及技術(shù)和應(yīng)用等進(jìn)行介紹。

　　2．同步整流與低功耗化功能

　　作為實(shí)現(xiàn)電源模塊（AC/DC適配器等）高效化的技術(shù)，包括開關(guān)元器件（MOSFET）等產(chǎn)品技術(shù)的發(fā)展和電路技術(shù)的改善，其中同步整流方式在改善電路技術(shù)方面?zhèn)涫懿毮俊?/p>

　　在以往的AC/DC轉(zhuǎn)換器中，基于電路簡單、相對廉價(jià)的原因，整流元件一般使用二極管，但這種二極管的正向電壓（Vf）導(dǎo)致的導(dǎo)通損耗一直是高效化的障礙。另外，為抑制二極管的發(fā)熱，還需要散熱器等散熱措施，這就需要相應(yīng)的空間，在安裝方面也帶來一些問題。作為降低這種損耗的對策，如今已經(jīng)逐步開始采用同步整流方式。

　　同步整流方式的整流元件使用MOSFET，通過更低的導(dǎo)通電阻（低Ron）來降低導(dǎo)通損耗（圖1）。工作與一次側(cè)的開關(guān)工作同步使整流元件的MOSFET進(jìn)行ON/OFF。

　　圖1．同步整流方式

　　同步整流方式本身絕大多數(shù)采用低壓（尤其是12V以下）DC/DC轉(zhuǎn)換器，因此并非全新技術(shù)的產(chǎn)品。但是，AC/DC轉(zhuǎn)換器存在控制方法等課題，這一直阻礙著同步整流方式的普及。如今，很多AC/DC轉(zhuǎn)換器均采用PWM反激式 控制（ON/OFF方式），該方式根據(jù)輸入輸出條件和變壓器規(guī)格進(jìn)行連續(xù)模式工作。但是，在同步整流方式下進(jìn)行 連續(xù)模式工作時(shí)，可能會導(dǎo)致無法正?？刂?，因一次側(cè)的開關(guān)元件和二次側(cè)的整流元件同時(shí)導(dǎo)通，會貫通電流造成 元件損壞。因此，大多數(shù)情況下，同步整流方式僅限增加了防止同時(shí)導(dǎo)通的保護(hù)電路時(shí)、以及不連續(xù)模式工作時(shí) （準(zhǔn)諧振方式和不連續(xù)模式工作）使用。

　　但是，此次開發(fā)的ROHM同步整流IC，成功攻克了該課題，實(shí)現(xiàn)并采用了在連續(xù)模式工作時(shí)也無需特別保護(hù) 電路的穩(wěn)定的同步整流工作。因此，與以往的二極管整流相比，電源模塊整體效率提高了3%以上（本公司比較數(shù)據(jù)）（圖2）。

　　圖2．二極管整流／同步整流效率比較

　　另外，ROHM同步整流IC采用同步整流控制部＋分流穩(wěn)壓器部的結(jié)構(gòu)，一個(gè)IC具備兩種功能。分流穩(wěn)壓器部 實(shí)現(xiàn)低電流工作（40uA），同步整流控制部通過無負(fù)載時(shí)等自動進(jìn)入休眠模式，降低工作電流。由此，與以往使用 通用分流IC時(shí)相比，無負(fù)載時(shí)的功耗降低了25mW以上（本公司比較數(shù)據(jù)）

　　3．減輕環(huán)境負(fù)擔(dān)的技術(shù)：USB Power Delivery

　　作為減輕環(huán)境負(fù)擔(dān)的技術(shù)之一而被寄予眾望的是USB Power Delivery（USB PD）。

　　USB PD通過USB連接可實(shí)現(xiàn)高達(dá)100W的供電。USB PD根據(jù)不同設(shè)備的電源電壓要求，來調(diào)整AC/DC適配器等電源的輸出電壓。以往每臺設(shè)備都需要電源，而利用USB PD則可共享1個(gè)電源。另外，以往在設(shè)備之間主要 是數(shù)據(jù)通信，而通過USB PD可同時(shí)實(shí)現(xiàn)雙向相互供電（圖3）。

　　圖3．何謂USB Power Delivery

　　在USB PD的普及過程中，USB連接器的發(fā)展也已成為重要因素。在以往的平板電腦和智能手機(jī)中普及的Type-A/B連接器最大可供電10W左右，這是以僅1節(jié)鋰離子電池的充電為前提的，充電端的電源電壓（USB VBUS）被限定為5V。新推出的Type-C連接器，與USB PD結(jié)合使用，使電源電壓不再受5V限制，可最高提高到20V， 從而可實(shí)現(xiàn)最高達(dá)100W的供電。由此，從以往的電池充電等小功率用途擴(kuò)展到可用作設(shè)備本體的主電源。另外，Type-C連接器不僅具備最大功率優(yōu)勢，還具有可不分正反插入等優(yōu)勢，預(yù)計(jì)將會成為未來USB連接器的主流產(chǎn)品。

　　ROHM不僅擁有滿足以往的USB Type-A/B標(biāo)準(zhǔn)的USB PD控制IC（BD92S系列）產(chǎn)品，還新開發(fā)出滿足最新的USB Type-C標(biāo)準(zhǔn)Rev1.1和USB PD標(biāo)準(zhǔn)Rev2.0的USB PD控制IC（BM92T系列）。BM92T系列在以往僅可 供電10W左右的滿足Type-C標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備之間，可實(shí)現(xiàn)高達(dá)100W（20V / 5A）的供受電。由此，電腦和電視等需要 大功率的設(shè)備，也可通過USB端子供電來帶動（圖4）。

　　圖4．USB PD Type-C 應(yīng)用例

　　同時(shí)，在USB端子的傳統(tǒng)用途---智能手機(jī)和平板電腦等中，可實(shí)現(xiàn)比以往高約4倍以上的快速充電。另外， 還支持可通過USB通信信號線傳輸視頻信號的Alternate-Mode控制，無需視頻專用端口，因此，可在供電的同時(shí) 傳輸視頻信號等，非常有助于構(gòu)筑更加便利的環(huán)境。

　　4．減輕環(huán)境負(fù)擔(dān)的技術(shù)：無線供電

　　作為降低環(huán)境負(fù)擔(dān)的技術(shù)，無線供電也備受關(guān)注。

　　隨著平板電腦和智能手機(jī)等移動設(shè)備的日益普及，“無線”數(shù)據(jù)傳輸已經(jīng)司空見慣，但電力傳輸還是以充電器（AC/DC適配器等的電源模塊）有線傳輸為主流。無線供電因其可解決這類有線充電和每個(gè)設(shè)備必須有配套充電器的麻煩而廣受關(guān)注，而且，從減少充電器的角度看還具有環(huán)保的優(yōu)點(diǎn)。

　　如今，隨著以WPC和PMA為首的旨在普及無線供電的標(biāo)準(zhǔn)團(tuán)體成立并制定國際標(biāo)準(zhǔn)，無線供電技術(shù)以歐美 為中心已經(jīng)開始逐步在智能手機(jī)和基礎(chǔ)設(shè)施中得以應(yīng)用。

　　ROHM面向平板電腦和智能手機(jī)等移動設(shè)備，一直在推進(jìn)無線供電控制IC（BD57015GWL：接受端/終端，BD57020MWV：發(fā)射端/充電端）的開發(fā)。

　　這兩款產(chǎn)品均為符合無線供電（無線充電）國際標(biāo)準(zhǔn)WPC（Wireless Power Consortium）最新Qi標(biāo)準(zhǔn)中等功率規(guī)格的芯片組，在平板電腦等10W級應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)了無線供電。另外，接收端/終端的BD57015GWL還支持在北美市場推行的無線供電國際標(biāo)準(zhǔn)PMA（Power Matters Alliance），實(shí)現(xiàn)了可自動切換WPC（10W）和PMA（5W）的 雙模充電（圖5）。

　　圖5．無線供電

　　預(yù)計(jì)未來電源模塊和電源電路將面臨更加苛刻的能效標(biāo)準(zhǔn)和環(huán)境問題。要想滿足這些需求，要求我們不僅僅停留在電源模塊和電源電路上，而是采取著眼于電氣產(chǎn)品整體的行動。ROHM將致力于綜合應(yīng)用，持續(xù)推進(jìn)滿足這些市場需求的產(chǎn)品開發(fā)。

　　【關(guān)于ROHM（羅姆）】

　　ROHM（羅姆）成立于1958年，由最初的主要產(chǎn)品-電阻器的生產(chǎn)開始，歷經(jīng)半個(gè)多世紀(jì)的發(fā)展，已成為全球知名的半導(dǎo)體廠商。ROHM的“企業(yè)目的”是：我們始終將產(chǎn)品質(zhì)量放在第一位。無論遇到多大的困難，都將為國內(nèi)外用戶源源不斷地提供大量優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品，并為文化的進(jìn)步與提高作出貢獻(xiàn)。

　　歷經(jīng)半個(gè)多世紀(jì)的發(fā)展，ROHM的生產(chǎn)、銷售、研發(fā)網(wǎng)絡(luò)遍及世界各地。產(chǎn)品涉及多個(gè)領(lǐng)域，其中包括IC、分立元器件、光學(xué)元器件、無源元件、模塊、半導(dǎo)體應(yīng)用產(chǎn)品以及醫(yī)療器具。在世界電子行業(yè)中，ROHM的眾多高品質(zhì)產(chǎn)品得到了市場的許可和贊許，成為系統(tǒng)IC和最新半導(dǎo)體技術(shù)方面首屈一指的主導(dǎo)企業(yè)。

　　【關(guān)于ROHM（羅姆）在中國的業(yè)務(wù)發(fā)展】

　　作為在中國市場的銷售網(wǎng)點(diǎn)，最早于1974年成立了ROHM半導(dǎo)體香港有限公司。隨后，在1999年成立了ROHM半導(dǎo)體（上海）有限公司，2003年成立了ROHM半導(dǎo)體貿(mào)易（大連）有限公司，2006年成立了ROHM半導(dǎo)體（深圳）有限公司。為了迅速且準(zhǔn)確應(yīng)對不斷擴(kuò)大的中國市場的要求，ROHM在中國構(gòu)建了與ROHM總部同樣的集開發(fā)、銷售、制造于一體的一條龍?bào)w制。作為ROHM的特色，積極開展“密切貼近客戶”的銷售活動，力求向客戶提供周到的服務(wù)。自2010年下半年起陸續(xù)增設(shè)了西安、成都、重慶、武漢、長春等5家內(nèi)陸地區(qū)的分公司之后，又于2014年新增了合肥分公司，目前在全國共設(shè)有21處銷售網(wǎng)點(diǎn)，其中包括香港、上海、大連、深圳這4家銷售公司以及其17家分公司（分公司：北京、天津、青島、長春、南京、合肥、蘇州、杭州、寧波、西安、武漢、東莞、廣州、廈門、珠海、成都、重慶）。并且，正在逐步擴(kuò)大分銷網(wǎng)絡(luò)。

　　作為技術(shù)基地，在上海和深圳設(shè)有設(shè)計(jì)中心和QA中心，提供技術(shù)和品質(zhì)支持。設(shè)計(jì)中心配備精通各類市場的開發(fā)和設(shè)計(jì)支持人員， 可以從軟件到硬件以綜合解決方案的形式，針對客戶需求進(jìn)行技術(shù)提案。并且，當(dāng)產(chǎn)品發(fā)生不良情況時(shí)，QA中心會在24小時(shí)以內(nèi)對申訴做出答復(fù)。

　　作為生產(chǎn)基地，1993年在天津（ROHM半導(dǎo)體（中國）有限公司）和大連（ROHM電子大連有限公司）分別建立了生產(chǎn)工廠。在天津進(jìn)行二極管、LED、激光二極管、LED顯示器、光傳感器的生產(chǎn)、在大連進(jìn)行電源模塊、熱敏打印頭、接觸式圖像傳感頭、圖片鏈接模塊、LED照明模塊、光傳感器、LED顯示器的生產(chǎn)，作為ROHM的主力生產(chǎn)基地，源源不斷地向中國國內(nèi)外提供高品質(zhì)產(chǎn)品。

　　此外，作為社會貢獻(xiàn)活動中的一環(huán)，ROHM還致力于與國內(nèi)外眾多研究機(jī)關(guān)和企業(yè)加強(qiáng)合作，積極推進(jìn)產(chǎn)學(xué)研聯(lián)合的研發(fā)活動。2006年與清華大學(xué)簽訂了產(chǎn)學(xué)聯(lián)合框架協(xié)議，積極地展開關(guān)于電子元器件最尖端技術(shù)開發(fā)的產(chǎn)學(xué)聯(lián)合。2008年，在清華大學(xué)內(nèi)捐資建設(shè)“清華ROHM電子工程館”，并已于2011年4月竣工。2012年，在清華大學(xué)設(shè)立了“清華-ROHM聯(lián)合研究中心”，從事“微能量裝置、硅發(fā)光體、生物 傳感器、中國數(shù)字廣播（解調(diào)器）”等聯(lián)合研究項(xiàng)目。除清華大學(xué)之外，ROHM還與西安交通大學(xué)、電子科技大學(xué)、浙江大學(xué)和同濟(jì)大學(xué)等高校進(jìn)行產(chǎn)學(xué)合作，不斷結(jié)出豐碩成果。

　　ROHM將以長年不斷積累起來的技術(shù)力量和高品質(zhì)以及可靠性為基礎(chǔ)，通過集開發(fā)、生產(chǎn)、銷售為一體的扎實(shí)的技術(shù)支持、客戶服務(wù)體制，與客戶構(gòu)筑堅(jiān)實(shí)的合作關(guān)系，作為扎根中國的企業(yè)，為提高客戶產(chǎn)品實(shí)力、客戶業(yè)務(wù)發(fā)展以及中國的節(jié)能環(huán)保事業(yè)做出積極貢獻(xiàn)。