电子产品绿了 效率型电源供应红了
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2005-08-10 00:00
前言:
lt;b>任苙萍</b>
SWOT分析,是管理学上常被用来自我剖析竞争力的简易模型工具,但奇怪的是,机会与威胁往往仅有一线之隔。随着人们对绿色环保的关注日增,消费电器和电池供电设备中的功率管理问题变得极为重要。对于一开始即具有远见、定位正确的厂商来说,在被问及对于一些国际性节能决议的看法时,皆表示欢迎之意,因为这将更有助于突显卓越的竞争力。
台湾地区新兴IC设计公司擎力科技直言,其冲击主要在使产品制造成本相对增加,相对压低厂商获利空间,但另一方面亦能提升国际性的竞争能力(例如擎力科技其产品从一开始便定位于无铅制程的产线,具备符合国际要求的规格)。台湾地区英飞凌电源管理部门行销经理陈清源则表示,这些法规的定案,将驱使系统制造商和元件供货商加快往节能方案迈去的脚步,即使初期所必须支付的代价仍不低。无独有偶,素来在电源供应享有盛名的美国国家半导体(National Semiconductor)和飞兆半导体(Fairchild Semiconductor),亦对Green Power颇为认同。
刚正式宣布合并正达国际、代理线将跨足内存与USB市场的增你强,从通路商的角度与我们分享近年来的观察,分别从产销面来论述;认为在生产上为达到环保与节能两个目的,元件供货商皆设法从两个方向着手:1. 源头控管:IC制作的材料管制,以无铅物料替代有害物质;2.推行符合绿色能源规章的制程:半导体厂几年前已针对各国法规,拟定生产无铅产品的时程表与相关制程。增你强功力产业企划处协理张昌富指出,由于流程与制程的改变以及材质不同,导致有形与无形成本的增加,整体生产成本亦较过去提高;不过因为所有厂商的生产成本是同步垫高的,所以在市场竞争性方面影响不大。
至于在营销方面,张昌富认为对增你强而言,营销不但没有影响,反而还是一个新的机会点,因为由增你强所代理的供货商都有推出符合相关无铅与环保节能规范对应产品,例如:International Rectifier、Fuji Electric与崇贸(System General)的PFC IC与PWM IC。不过,因为制程技术与量产时间表安排的关系,并不是所有的IC厂商都来得及推出对应产品。他并意味深长地提到,在早期,环保产品的要求以“有提供”为目的,然而随着时间的演进与法规的要求,现在除了“有”之外,还追求“效能”的提升,这是另外一个需求重点。
<b>同步整流IC 降低无谓的功率损失</b>
二十几年前,电源供应从线性转为交换式设计,以达到节源的目的。现今为了更进一步提高电源的使用效能,在交换式电源设计的部分又衍生更多更复杂的设计,目的就是为了符合更严苛的节能要求。例如早期普遍使用的标准PWM IC UC384X系列,现今崇贸(SG)即推出相同功能的PWM IC SG6841,不但标榜超低启动电流与低待机电流,更可以让整机系统的待
机功耗降至最低。除了达到节能的目的,更诉求进阶的功能。
除了IC的演进外,线路架构效率也在提升,例如在回路设计方面,SMPS二次侧的设计方式由一般的异步整流,演变到现在的同步整流。为使产品达到更为环保的目的,在设计上也越来越趋复杂,因此,产品的单价也相对提高,例如NB,在高端机种里面,电源管理作的比较彻底,相对的电池续航力也越久,自然NB的售价就会比较高。
擎力科技在电源管理方面,拥有美国专利的同步整流技术,将AC-DC的电源管理效能再提升,其SP6002 & SP6003采用 “预测式” 的方法,能有效且快速追踪AC-DC二次侧的波形变化,快速反应的进行二次侧整流功能,是目前国际上最先进的整流技术。项目经理廖思翰剖析,为适应节能风潮,电源供应装置在设计趋势上亦有所演进。继2000年以来,电源供应装置改进的步伐不断快速前进。先期投入AC-DC一次侧的待机技术改革,研发出Green Mode的待机功能改善,达成待机能源节省的功效。至2004年,电源供应器更将目光移转至AC-DC二次侧的竞争,进入能源效率提升的重大改革。擎力科技即以AC-DC二次侧的同步整流专利技术为核心,提供客户完成高效能电源供应器的梦想,将AC-DC的效能使用转换率推至高点。
AC-DC电源供应器无谓的功率损耗,一般会发生在二次侧的整流二极管所产生的启动损耗,造成极大的散热问题。擎力科技以 “预测式” 同步整流专利技术为核心,使用同步整流IC (SP6002 & SP6003),搭配超低阻抗的Trench MOSFET,取代传统AC-DC的二次侧萧特基二极管。如此可以避免因萧特基二极管的曲线式启动电压所累积的热能与反应时间。擎力科技SP6002 (Forward,顺向式)& SP6003(Flyback,返驰式),搭配Trench MOSFET所产生的整流效果,是以线性式的电压启动整流功能,整流切换的反应速度极快降低Switching Loss,且搭配Trench MOSFET的超低阻抗,可减少AD-DC工作时的Conduction Loss。另外擎力科技的Timing (dV/dt)波形斜率追迹功能,更有效侦测AC-DC二次测噪声波形,进而避免噪声对电源供应器转换的不正常影响。
负责英飞凌电源行销业务的陈清源也说,一般而言,交换式拓扑可较线性式达到更高的效能。在基于成本和效能的考量下,有愈来愈多的厂商开始改以交换式拓扑来供应电源,例如:返驰式、顺向式、ZVS(Zero Voltage Switch,零电压转换)、ITTF和half-bridge等。英飞凌亦致力提供高效能而低功耗的必要电源装置,其CoolMOS系列即为一例,可减少在传导及转换过程中的损失(为一高压MOSFET,最新的产品系列在标准模式下操作时,总功耗不超过100mW)。此外,为减少无谓的功率损失,英飞凌正致力寻求新的元件材料以开发理想的开关器件,例如以碳化硅(SiC)这种新元素作为萧特基二极管的基材,几乎不用储存电能,也不需保有回复电流,可使系统效率大为增加;另创新CoolMOS系列也可改进传统MOSFET硅器件有关启动导通电阻限制的问题。
<b>无铅制程+整流稳压从根本做起</b>
除了系统拓扑型式有所演进,控制IC在智能型电源管理中也扮演了极为重要的角色。对向来在电源供应表现出色、成竹在胸的美国国家半导体(National Semiconductor,以下简称NS)来说,节能时代的来临,正是另一波成长高峰的开始。NS便携式设备电源管理部门亚太区产品市场经理罗振辉表示,自从1992年美国政府推出“能源之星”(Energy Star)计划以来,便一直将其视为有助公司扩展业务的契机。(编者按:“能源之星”是美国能源部、美国环保局、生产商、零售商使用者和州政府在全国形成的一种共识,已经成为一种节能、环保的新标志。“能源之星”标志是颁发给产品耗电量比最低耗电量标准还要低的高效产品,一般情况下,“能源之星”产品比最低能源效益标准规定的效率要高13%~20%。)
罗振辉说,作为知名企业,NS希望透过这个计划对周围环境的保护出一分力,为社会公益事业作一点贡献。不但勉励员工身体力行,在公司内致力于保护环境;在开发新产品时,公司方面更力求新产品能充分利用节能技术,以贯彻环保的理念。例如,可为数字处理器及CDMA功率放大器提供稳压供电的可适性电压定比(AVS)及动态电压定比(DVS)技术,便是NS开发的创新电源管理解决方案。这两种技术现已广泛用于各种便携式系统及电子消费产品之中,且成为这方面的业界标准。
美国国家半导体已于2005年6月推出采用DVS技术的LP3970电源管理芯片。最后必须一提的是,美国国家半导体早已预料3G/WCDMA 手机厂商的新产品会无法符合 3GPP‘s的通话时间规定,因此乘势推出一系列称为SuPA的芯片,这是专为CDMA功率放大器提供供电的电源供应器。这系列SuPA电源供应器芯片也采用AVS及DVS的电路布局,因此可以为功率放大器提供负载管理功能。
NS亦是无铅封装技术的领导者,公司方面在开发创新而又效能卓越的产品时,都力求这些新产品更环保、更易于循环再用。今年6月,美国国家半导体宣布计划在2006年6月底之前实现生产工序全面无铅化。换言之,届时NS出售的IC将会全部采用无铅封装。美国国家半导体大胆推行这个计划,希望可以为业界起带头作用,鼓励同业生产更环保的电子零件,使物料可以轻易循环再用,以便保护环境。美国国家半导体除了在封装制程上停止采用铅之外,也会大幅减少采用溴及含锑的防燃剂。
而飞兆半导体(Fairchild Semiconductor)亚太区总裁兼董事总经理郭裕亮对于此绿色风潮也持肯定态度,并强调其产品一直遵守“绿色”环保规范,在许多情况下甚至先于政府及机构所颁布的有关法则,未来亦将继续开发、设计和生产能对系统率最佳化的产品。Fairchild已开发出高度整合的离线功率开关—绿色飞兆功率开关(FPSTM),可将系统待机功耗降至1W以下,从而满足国际能源署(IEA)提出的1W倡议。
(详细内容请看8月刊……)