低功耗时代的电源管理

本文作者:admin       点击: 2010-08-11 00:00
前言:
不久以前,一次全球规模的停电1小时活动在全球范围得到热烈响应,国内新闻媒体在停电前后连篇累牍地宣传,就连小区的大爷大妈都互相提醒要停电1小时的事情。低碳经济、低碳生活的词汇充满大街小巷。

低碳时代来临了……

低碳生活的概念使得人们在选购电子产品的时候,或多或少都有了那么一些低碳的意识。虽然很多人对于更加绿色的电子产品,要消费者额外负担成本抱有疑问。但是对于任何电子产品都必不可少的电源管理PMIC模组来说,现实的需求和实实在在的销售业绩,都使得无论是PMIC供应商还是设计人员都必须面对低功耗时代的挑战。

触底反弹的PMIC市场
据Gartner公布的数字,刚刚过去的2009年,整个半导体电子产业受到经济不景气影响,重挫12%。PMIC(Power Management IC即电源管理IC)市场的下滑幅度虽然没有超过整个行业的平均值,依然达到了10%,全年实现销售额为74亿美元。受此影响,中国的PMIC营收,降至39亿美元,比2008年时的42亿美元减少6%(iSuppli数据),但状况好于全球其他地区。

另据中国半导体行业协会(CSIA)公布的数据,2009年上半年中国PMIC销售额为139.2亿元,与2008年同期的161.3亿元销售额相比下滑13.7%,中国PMIC市场首次出现大幅下滑,在经历2008年金融危机和行业不景气的双重影响之后,2009年上半年中国PMIC市场遭受了更为直接的上游整机产品产量大幅下滑的打击。其中工控、消费电子出口、计算机受冲击尤为明显,曾一度引起业界的恐慌。转机从第三季度开始显现,由政策主导的内需拉动力(家电下乡、环保节能政策、巨额基础建设)、汽车市场澎湃的动力、以及部分领域出口需求的回升,使得中国PMIC市场触底反弹。

从2009年第四季度开始,包含PMIC在内的整个电源管理半导体市场开始迅速升温。iSuppli的数据显示:2010年第一季度,电源管理半导体销售收入达69亿美元,相比上一个季度的67亿美元,实现增长2.9%,来自消费电子、无线市场的动力尤为明显。需求的回暖,使得供应商明显感受到产能不足的影响。由于销售势态良好,分销商的库存水平不断下降,这在很大程度上影响了电源管理半导体产品的价格走势,在产能没有满足需求之前,价格上涨已经不可避免。

回到中国的PMIC市场,除去2009年的市场滑坡,中国的PMIC市场总体上是呈现高速成长的态势。即便是2009年,中国市场的状况也明显好于其他地区,这吸引了国内外大量的企业进入中国PMIC市场,从而加速中国PMIC市场的扩张。预计2012年,中国的PMIC市场将从2009年的39亿美元增长至47亿美元。从全球市场来看,Gartner预测,未来5年全球PMIC市场的年复合增长率将达到10.3%,到2014年,全球PMIC的销售额将达到121亿美元。

充满希望的本土PMIC公司
从销售额来看,中国的PMIC市场中国际大厂占据绝对优势(如飞兆半导体、德州仪器、VISHAY、国家半导体、安森美、等等)、日本公司、台湾地区公司分居二三线,本土PMIC公司则处于边缘位置。这倒是很好地印证了PMIC进入易,精通难的说法。

实际上,相对其他IC,PMIC的准入门槛并不高。PMIC被国内业内人士戏称,投入少(一两个工程师,几十万开发费)、见效快(反向一颗,快速上市)的项目,因此从来不乏积极参与的本土大大小小设计公司。

领先供应商往往是IDM厂,但与此不同的是,中国只有几家国内PMIC厂商采用了这种模式。而且,多数国内供应商都历史较短,规模较小。与此同时,只有为数不多的的模拟代工厂商,可以提供成熟的模拟制程。 

此外,本土模拟IC设计人才,特别是数模混合型人才不足,系统设计人员缺乏实践经验的现况,也导致了本土PMIC厂商长期以来一直拼杀于低端市场的无奈局面。

台湾地区PMIC公司的成功经验说明,距离客户越近,成功的机会越多。能够天天跟客户在一起探讨问题,本身就是无形的优势,这也是为什么国际大厂不断加强本地研发及FAE团队建设的原因。此外,由于贴近市场,因此,本土PMIC公司总能在一些新兴应用以及价格敏感型市场找到自己的存身之处,比如白色家电、LED照明、锂电池电源管理、低端手机应用等等。而随着本土PMIC公司不断成熟,数年积累开始得到回报,获得业界认可将是水到渠成的事情,比如2009年底,Intersil就宣布收购了一家本土的PMIC公司——磐大电子,未来几年,特别是低碳经济的发展,本土PMIC公司将获得更多的市场机会,前景十分乐观。

低功耗时代电源管理面临的挑战

从技术角度来看,包含PMIC的电源管理系统,其设计理念主要遵循三个原则:系统效率;噪声的产生和控制;器件的数量和尺寸大小。过去,电源管理产品因市场定位不同,其各自特点也不同,有些注重电源的转换效率,有些注重噪声和干扰,有些则对器件尺寸相当敏感。而低功耗时代电源管理产品面临的挑战往往是同时满足多项要求,对客户来说,最好给他转换效率高、噪声低、体积尽可能小的器件。因此,电源管理产品供应商们必须采取各种方式改进技术,以满足客户苛刻地需求。

新材料广泛应用:材料科学的发展,为电源管理系统提供了诸多新型器件。可关断晶闸管(GTO)、大功率晶体管(GTR)、智能ICBT(IPM)、MOS栅控晶闸管(MCT)、静电感应晶体管(SIT)、超快恢复二极管、无感电容器、无感电阻器、新型铁氧体、非晶和微晶软磁合金、纳米晶软磁合金等元器件不断被应用于系统中。

器件小型化:一方面得益于材料技术的进步,另一方面是模拟产品在工艺方面的改进。模拟产品的制造生产不像数字产品那样使用较为统一的cmos工艺,很多国际大厂都采用IDM方式制造电源管理相关器件,他们大多有自己独特的生产工艺,通过改进工艺,不断降低器件的功耗,制造商努力的方向。这方面德州仪器、美国国家半导体、凌力尔特等模拟大厂都有较为明确的产品规划和目标,并且在某些领域保持领先。

模块化:将诸多分立的电源管理器件整合在一起,成为PMIC模块,已经十分成熟。比如多个LDO与DC/DC集成,可以为设备输出多路电压,实现同时管理多路的电路系统的功能。欧胜PMIC09年底发布的WM8320,包含有10个LDO和1个“通电”('Alive')LDO,4个DC-DC同步稳压器。占板面积不到100平方毫米,支持体积更小、效率更高的解决方案;能与所有应用和移动图形处理器兼容,包括所有基于ARM的处理器,也能够针对其他架构进行设置;尤其适合上网本、移动互联网设备、智能手机和数码相框等消费电子应用。在一些对功耗体积都十分敏感的消费电子产品中,一些应用也被集成在一起,比如飞兆半导体就把USB接口与音频接收功能整合在了一起。

智能化:通过采用数字信号处理器DSP,为PMIC提供控制全数字化。并可通过编程的方式实现更进一步的电源管理智能化,大大提供了器件使用的灵活性和系统的可靠性。

采用数字电源供电:数字电源的优势体现在两个方面:应对在高密度的应用上所面临的散热和占板空间的挑战,有效减小器件体积;应对复杂的电源管理需求。现在系统设计会大量采用DSP、ASIC、FPGA等对电源挑剔的器件,这就对电源管理提出了排序要求、上升沿控制要求和系统可靠性的要求等等。尽管目前数字电源本身在系统成本、功能方面还存在局限,但是由于其具有显著优势,iSuppli预计,未来五年数字电源市场的年复合增长率(CAGR)为45.3%,数字电源系统替代传统的模拟电源,可以在很大程度上满足低功耗时代客户苛刻的需求。