電源管理IC的“進(jìn)化”

　　雖然電源管理IC不像CPU、GPU那樣吸睛，但它屬于一個相對穩(wěn)定的市場，如果能在這一領(lǐng)域深耕，那也能培育自己的“一畝三分地”。畢竟，電源管理IC不可或缺。據(jù)預(yù)測，電源IC市場規(guī)模到2023年將增長至227億美元，2018~2023年期間的復(fù)合年增長率（CAGR）將達(dá)4.6%。而一方面隨著自身在提升集成度、模塊化、數(shù)字化不斷進(jìn)階，另一方面新型應(yīng)用拉升對GaN、SiC等材料需求，為電源管理IC發(fā)展注入全新動力。

　　應(yīng)用之變

　　對于電源管理IC來說，無論針對傳統(tǒng)還是新興應(yīng)用，“進(jìn)化”是一直以來的訴求。

　　德州儀器副總裁兼降壓開關(guān)電源產(chǎn)品業(yè)務(wù)部總經(jīng)理MarkGary認(rèn)為，偏消費類的產(chǎn)品如筆記本、手機(jī)及可穿戴產(chǎn)品，對電源管理IC的要求在于尺寸更小、功率更大，以適應(yīng)小型化和快充的需求。而在數(shù)據(jù)中心及工業(yè)4.0領(lǐng)域，對電源管理IC提出大功率需求，則需要更高的效率和更優(yōu)的EMI表現(xiàn)。

　　MarkGary舉例說，以服務(wù)器應(yīng)用為例，如需實現(xiàn)云計算，則要求服務(wù)器處理能力更強(qiáng)，如何在固定空間情況下實現(xiàn)更大的功率，從幾千瓦到30kW等等，這是電源管理IC所需要應(yīng)對的。

　　ADI電源產(chǎn)品中國區(qū)市場總監(jiān)梁再信分析說，工業(yè)4.0的電源管理IC著重靈活度、效率、低EMI、安全性、可靠性等等；在自動駕駛汽車領(lǐng)域，關(guān)鍵平臺主要有激光雷達(dá)、毫米波雷達(dá)等，對噪聲和安全性要求很高；而在通信領(lǐng)域，針對即將到來的5G變革，最大的挑戰(zhàn)就是如何提高電源轉(zhuǎn)換效率。

　　而從市場需求來看，有分析稱通信市場讓將占據(jù)最主要的市場份額，即將到來的5G大規(guī)模布局，將進(jìn)一步提升通信領(lǐng)域電源管理芯片需求。于此同時，汽車電氣化以及工業(yè)4.0升級，也將成為電源管理芯片的助推劑。相對而言，消費類及計算方面應(yīng)用需求有所降低。

　　模塊“快進(jìn)”

　　電源管理IC的集成化、模塊化、智能化一直是前進(jìn)的動力，而模塊化在內(nèi)外因的相互作用下正在興起。

　　MarkGary提及，電源模塊發(fā)展有兩大驅(qū)動因素，一是新工藝的導(dǎo)入，通過將被動元器件如電感、電容、電阻等集成，使得尺寸趨小的同時將功率提升；二是封裝的改進(jìn)和創(chuàng)新，4-5年前很多封裝工藝采用打線的技術(shù)，而現(xiàn)在則采用倒裝技術(shù)，從而使得功率密度更高、EMI進(jìn)一步改善。

　　這不僅賦予電源模塊抗EMI性好、功率密度高、更可靠等特點，MarkGary還指出，電源模塊不僅整體尺寸變小，同時外圍要求也更簡單，不需更多的被動元器件，BOM的數(shù)量變少。此外，對于工程師來說產(chǎn)品開發(fā)會更便利，將加快上市進(jìn)程。

　　而此前模塊因成本偏高而市場化推進(jìn)受阻的障礙也在進(jìn)一步消除�！半S著工藝和技術(shù)的發(fā)展，電源模塊與分立器件的價差已縮小，四五年前電源模塊價格是分立器件的4-5倍，現(xiàn)在則是1.8-1.9倍。從性價比來看，工程師認(rèn)為采用電源模塊開發(fā)更方便，同時外圍器件減少也可進(jìn)一步降低成本，因而市場潛力可期�！盡arkGary十分看法電源模塊的發(fā)展，“在測試測量、醫(yī)療儀器、工業(yè)自動等需要小體積、EMI優(yōu)勢的應(yīng)用，均可采用電源模塊。”

　　而TI最新推出的電源模塊LMZM33606可謂因時而生。MarkGary介紹其優(yōu)勢時說，一是EMI特性優(yōu)良，因模塊已集成電容，可將電流環(huán)路做到更小，從而滿足眾多EMI標(biāo)準(zhǔn)。二是功率密度更高。三是WEBENCH使設(shè)計變得簡單，WEBENCH支持在線設(shè)計，只需將輸入輸出參數(shù)放到WEBENCH里，就可算出所需的電容和電阻。

　　GaN批量

　　在電源管理IC市場，傳統(tǒng)“硅”材料遇到的極限在于在現(xiàn)有尺寸規(guī)格下，無法在所需的頻率下輸出更高的功率。而在諸如5G、數(shù)據(jù)中心等應(yīng)用中，功率都是一個至關(guān)重要的因素。在此情形下，可在尺寸和能耗減半的條件下輸送同等的功率的氮化鎵（GaN）應(yīng)運而生。

　　TI高壓電源應(yīng)用產(chǎn)品業(yè)務(wù)部氮化鎵（GaN）功率器件產(chǎn)品線經(jīng)理SteveTom介紹，頻率提高使體積減小是GaN顯著的優(yōu)點，因這可顯著地減小變壓器、電感和電容的體積。在傳統(tǒng)的電壓器設(shè)計中，600V輸入一般只有100kHz頻率，變壓器體積會非常大，整體重量也大于650g。而TI的GaN產(chǎn)品頻率高達(dá)1MHz，是傳統(tǒng)頻率的10倍，因而理論上可將電感、電容的尺寸縮小10倍。

　　雖然GaN相比硅成本較高，但從三個方面來看，市場接受度在提高。SteveTom分析說，一是隨著整個市場的成熟，越來越多的客戶在使用，GaN的整體價格趨勢走低；二是GaN相對傳統(tǒng)硅的頻率可以跑到1MHz，外圍的電感和電容尺寸可以變得更小，這也意味著更便宜，因而從整體系統(tǒng)來看價格越來越可以接受；三是新的工藝和封裝技術(shù)，使得成本也在趨低。相比另一新秀SiC（碳化硅），GaN可以跑到1MHz，SiC頻率只能達(dá)幾百kHz，對于大功率應(yīng)用GaN會更簡單、成本更低。

　　SteveTom也提到：“GaN產(chǎn)品將率先在一些工業(yè)和新能源的大功率應(yīng)用中大量使用之后，價格往下走的趨勢會延伸到消費級市場�！�

　　而對于GaN的可靠性問題，SteveTom特意表示，TI在最新推出的支持高達(dá)10kW應(yīng)用的新型即用型600V氮化鎵GaNLMG341x上，已做了2000萬小時的充分的可靠性測試，包括高低溫測試、過流測試等，因而，可靠性成為強(qiáng)有力的保障。此外，該GaN器件可將功率密度提高一倍，并將損耗降低80%，不僅實現(xiàn)了更小、更有效的方案，并可進(jìn)一步簡化設(shè)計。

　　“我們確信GaN工藝、技術(shù)和產(chǎn)品已具備批量化生產(chǎn)的條件�！盨teveTom對此充滿信心。目前TI官網(wǎng)不僅提供參考設(shè)計，還提供PCB布局、技術(shù)文檔和開發(fā)工具等。除全新上線WEBENCH工具之外，TI還與《電源設(shè)計基礎(chǔ)》的原版作者合作，將其翻譯成中文，讓客戶能學(xué)習(xí)到更多的電源知識，更方便地選型和設(shè)計，從而加快產(chǎn)品上市進(jìn)程。SteveTom最后強(qiáng)調(diào)，在GaN產(chǎn)品方面，TI將持續(xù)投入，未來產(chǎn)品會在集成度和過壓過流保護(hù)方面不斷提升，開發(fā)也將更簡便。