安森美半导体 (ON Semiconductor) 在去年并购快捷半导体 (Fairchild，中文另名作＂仙童半导体＂、＂飞兆半导体＂或＂快捷半导体＂) 这家元老级功率组件厂后，在电源市场的发展可谓如虎添翼。安森美半导体大中华区应用工程中心总监张道林表示，Fairchild 的加入，将可强化高功率绝缘栅双极晶体管 (IGBT) 产品线及超接面 (super- junction) 技术，为市场提供更广泛的功率组件、扩大产品组合。关于如何实现智能环保的电源设计，他认为须从＂提升电源转换效率＂着手，以降低开关损耗 (Switch Loss) 以及因阻抗而生的传导损耗 (Conduction Loss)。
照片人物：安森美半导体解决方案工程中心总监张道林
相差损耗&谐波失真，PFC 不可少
张道林指出，降低开关损耗最有效的方式就是＂通过控制器降低开关频率＂。他首先就＂相差损耗＂(Phase-difference Loss) 做说明：在一般电源供应器将交流电的电压转成高压直流电源的过程中，会因电压与电流波形相位不一致而导致相差损耗；若功率因子太低，就会浪费电力。在此状况下需要进行功率因子修正 (PFC)。因此，IEC 法规明订电源供应器大于 75W、照明大于 25W 者，须加装 PFC 器件，尽量减少电压与电流之间的相位差，以提高功率因子与降低电流谐波失真，欧美现已普遍奉行此规定。
张道林指出，降低开关损耗最有效的方式就是＂通过控制器降低开关频率＂。他首先就＂相差损耗＂(Phase-difference Loss) 做说明：在一般电源供应器将交流电的电压转成高压直流电源的过程中，会因电压与电流波形相位不一致而导致相差损耗；若功率因子太低，就会浪费电力。在此状况下需要进行功率因子修正 (PFC)。因此，IEC 法规明订电源供应器大于 75W、照明大于 25W 者，须加装 PFC 器件，尽量减少电压与电流之间的相位差，以提高功率因子与降低电流谐波失真，欧美现已普遍奉行此规定。
功率因子 (Power Factor, PF) 与总谐波失真 (Total Harmonic Distortion, THD)，即是判断 PFC 控制器效能的主要指标。张道林进一步解释，PFC 分为有源和无源两种：前者是由电感、金氧半场效晶体管 (MOSFET)、二极管 (Diodes)、电容以及控制 IC 等组件所构成，功率因子可达 0.9 以上，转换效率较高；后者是以电感组件补偿输入电压与电流之间的相位差，功率因子仅 0.7～0.8，但结构简单、成本低是其优点。PFC 的操作模式又可基于功率等级，分为连续、非连续与临界导通等三种模式：非连续与临界导通模式适用小于 300W 的应用，连续模式则适用于 300W 以上的高功率。
图1：安森美是高性能电源转换的领导厂商之一
资料来源：安森美半导体提供
张道林补充，当系统处于全载时最须留意的是传导损耗；要降低 PFC 的传导损耗，除了降低峰值电流外，还可通过采用低导通 RDS (ON) 电阻值之 MOSFET 达成目的；要求低功耗的轻载或无载，高频率开关所产生的切换损耗则是致命伤，可经由 PFC 控制器在轻载时降低切换频率来实现。若再辅以突波模式 (Burst Mode)、优化待机／休眠／唤醒机制，就能打造最省电的系统。因此，电源设计是否够智能省电达到低功耗高效率的要求，＂关键就在控制器＂。
＂超接面＂应用普及加速＂氮化镓＂商用，2020 年见甜蜜点
张道林以物联网 (IoT) 应用为例，＂系统及平台主机须永远不断线＂(always- on)，是节能系统设计最大的挑战所在。为降低待机状态的功耗，＂智能无源感测＂组件是较建议的解决方案；它是类似 e-tag 的无源传感器，平时全然不须耗电，仅在需要时才读取数据即可。然而，其它感测组件如光学／影像等此类 CMOS 传感器，却必须＂常保清醒＂，否则就失去监控的意义；与此同时，运作需不需要采用电池？也是一个重要考虑。谈到开关式电源 (Switch Power)，安森美半导体亦是氮化镓 (GaN) 的先驱之一。
张道林以物联网 (IoT) 应用为例，＂系统及平台主机须永远不断线＂(always- on)，是节能系统设计最大的挑战所在。为降低待机状态的功耗，＂智能无源感测＂组件是较建议的解决方案；它是类似 e-tag 的无源传感器，平时全然不须耗电，仅在需要时才读取数据即可。然而，其它感测组件如光学／影像等此类 CMOS 传感器，却必须＂常保清醒＂，否则就失去监控的意义；与此同时，运作需不需要采用电池？也是一个重要考虑。谈到开关式电源 (Switch Power)，安森美半导体亦是氮化镓 (GaN) 的先驱之一。
图2：安森美 LC709203 电池电量检测器IC，可用于无线／便携设备
资料来源：安森美半导体提供
张道林强调，GaN 特别适用于高频率开关的适配器；相较于硅组件，GaN 因漏极 (drain)—源极 (source) 电压更稳定，具有相对低的导通即切换损耗的特性，所以所需要的电感、电容尺寸可大幅缩减，连带整个功率模块及变压器的体积也轻巧许多。FINsix 公司在 2014 年美国 CES 展出的 65W 电源供应器，尺寸只有原来的传统适配器 1/3，就是采用 GaN 组件。不过他透露，要提高电源供应效率及降低损耗，轻载或无载状态下的＂降低损耗＂极为关键，而＂良率＂仍是 GaN 大量商用化的门坎；所幸，＂超接面＂工艺对加速普及贡献良多。
张道林预估，随着技术的成熟、密度及效率的进步，GaN 市场可望在 2020 年来到价格甜蜜点。至于渐受瞩目的无线充电，身为 AirFuel 联盟一员的安森美半导体难掩兴奋地宣布：＂我们已接获来自于亚洲首家量产 AirFuel 模块厂商的大单！＂他表示，AirFuel 一开始就采磁谐振及电源管理算法 (PMA) 方式充电，是安森美半导体决定投入的最大诱因。面对有人提出：NFC 的工作频率为 13.56 MHz，刚好是 AirFuel 6.78 MHz 充电频率的两倍，会引发＂倍频＂谐波的质疑，张道林的回应是：AirFuel 无线通信功能并非内建在功率模块中，可借助嵌入式调谐器 (tuning) 解决。
最后，张道林总结有三大竞争优势：1.与高通、联发科等通信平台芯片厂密切合作，合力搭建平台提升效能、共同推广；2.拥有完整无线充电、穿戴设备等软件开发工具包 (SDK)；3.组件多经过国际标准认证，用户可尽速量产且确保质量无虞。
图3：安森美半导体的物联网开发工具包 (IDK) 提供一个可配置的平台，包括一个主板和一个 ARM Cortex-M3 处理器
资料来源：安森美半导体提供
