在系统中整合更多功能一直是电子产品设计最主要的潮流,便携式产品的发展亦不例外。对于数字电路元件而言,由于工艺技术依照着摩尔定律的脚步迅速发展,使得芯片设计团队可以拥有更多晶体管资源来实现新功能,因此数字领域的整合趋势实为技术本质使然。
但是,经由数字领域的整合所创造出来的新一代整合型便携式设备真的更省电吗?答案是否定的。每当数字整合发生,为系统节省下一点能源预算之后,系统厂商便开始盘算该拿这笔能源预算去增加哪些原本无法整合进来的功能。系统复杂度上升,但能源预算成长却相对缓慢的给定条件,除了让系统设计研发团队面临更大的压力之外,也将电源管理方案供应商之间的竞争带向了新的境界。
锂电池管理成为便携式电源的热门领域
便携式电子产品除了供电系统的电源轨数随着设计复杂度迅速提升,对电源管理芯片设计造成挑战之外,由于主流便携式产品绝大部分采用锂离子或锂聚合物电池作为电力来源,因此为了尽量延长电池的使用时间,芯片供应商莫不针对锂电池特性量身打造专属的电源管理方案以满足客户及消费市场的需求。
事实上,便携式电源管理方案近来发展的趋势除了强调多电压/电流输出之外,在锂电池管理功能方面也多所着墨。透过量化传播学研究上常见的关键词分析手段,编辑统计了从今年1月-5月中旬为止所收到的厂商产品新闻稿,在模拟/混合信号产品类部分一共有187则,其中有37则与便携式电源管理有关,而这些便携式电源管理方案中,又有26则强调其锂电池管理功能,由此即可见半导体厂商对此一领域的重视程度。
锂电池管理为何受到半导体供应商如此高度重视?最主要的原因在于锂电池至今仍是各种已经商业化的电池解决方案之中能量密度最高的一种,对于耗电量随着多功能整合而上升的便携式产品而言,除了锂电池之外也没有其它的替代方案了。虽然日前有些系统厂商发表以太阳能板或燃料电池作为辅助电源的便携式设备,但这两种新兴技术都还各自有其应用限制,例如燃料电池的燃料保存方式、系统重量,太阳能板的光电转换效率等等,在供应商的技术研发有长足突破之前,都还无法取代已经发展得相当成熟的锂电池。除了技术成熟之外,锂同时还有质量轻的优势(原子量仅6.941),这也是锂电池在强调轻薄短小的便携式应用上难以被其它电池取代的原因。
也正因为短时间内业界不太可能找到其它可以完全取代锂电池的技术,因此半导体供应商有志一同地将研发资源投入到锂电池配套解决方案上也就成为一个合理的决策。
锂电池管理方案的发展趋势
消费者并不会因为便携式设备整合了更多功能,而容忍电池寿命因此而下降。从锂电池的角度来这个消费市场的需求,这代表着锂电池的操作电压范围必须不断往高低两端延伸,才能满足消费者对电池续航力无止境的追求。但是站在电池的角度来看,如果电池过度放电,将产生记忆现象而缩短电池的使用寿命。因此在追求电池续航力与确保电池寿命之间,系统设计人员必须求取平衡点。
不过整体来说,电池产业界正在不断地将锂电池操作电压的下限不断向下推展,是一个不变的趋势。事实上,早些年的锂电池操作电压下限多半仅在3V~2.5V之间,但今日最先进的锂电池操作电压已经可以低到2.5V以下。这意味着电池管理元件厂商也必须扩展其产品的支持电压范围,让系统整合厂商可以榨干电池的电力,以应付未来的功能整合所需。
站在锂电池管理方案供应商的立场,扩大元件支持的操作电压范围,以及让元件的能源转换效率在不同的电池输出电压状态下都能维持高档,无疑是锂电池管理方案未来的发展方向。目前位居电源管理元件全球前五强的National Semiconductors、TI、Linear Technology、Freescale、Maxim,在锂电池相关解决方案的发展轨迹方面,都有志一同地朝向此一目标迈进。
行销诉求转换预示
产业下一波潮流
从以往强调能源转换效率,到诉求支持更宽广的电池输入电压,便携式电源管理方案在近年来在行销诉求上的转变,显示出便携式产品的多功能整合发展或许已经碰上了能源瓶颈,而提供更宽广的电池输入电压,则是上游元件供应商对此一能源瓶颈的响应。或许这样的转变,将使得便携式电子产品的制造商有更多的能源预算,在系统中采用更大的显示屏幕、立体声音频系统等零部件,以因应即将到来的移动视讯风潮。