电源管理诠释节能

 随着环保问题日益引起重视，低碳、环保之词充斥于各大媒体，引发了一系列关于环保问题的讨论。其实，在我们讨论环保问题之时，必须明确的一个前提是不影响现阶段的生活状态。试想，如果让人们强调环保以至于回到过去"钻木取火""日出而作日落而息"的状态，估计没多少人会继续坚持将环保的口号喊下去。因此，所谓环保，就是在现有生活水准基础上尽可能减少对地球环境的破坏，直观点就是尽可能减少不可再生能源的应用，以缓解二氧化碳给气候带来的压力。然而人类现代化生活所需要的正常能源又是不可或缺的，因此必须在解决必要能源需求的基础上实现环保的要求。

　　开源节流，从来都是相辅相成的两个方面，对于环保而言同样如此。开源，就是充分开发如太阳能、风能、水利等可再生资源，而节流则是在相同生活需求的前提下，尽量降低能源损耗。对于半导体产业而言，环保的责任就是通过尽可能降低半导体产品的电力消耗以及由半导体产品带来的电力节省来实现能源消耗的节流。

　　BP世界能源报告指出，2007年全球能源消耗的三分之一来自于电子系统，累计耗电量超过17.1M GWh(17.1兆千瓦时)，这个数字还将以3%左右的速度不断攀升。2007年，中国电子系统的能源消耗超过2.8兆千瓦时，仅次于美国，如果通过半导体技术将现有电能消耗节约5%，就相当于每年节省出5个三峡水电站的发电总量。

　　半导体的节能趋势

　　无论从半导体厂商还是电源制造商的观点来看(往往两者有很多共同点)，今后的主体发展趋势仍将集中在进一步提高转换效率，提升功率密度，高可靠性及更低成本。电源的效率几乎是电源技术与应用中永恒的主题，随着全球经济的一体化和对节能环保的关注，更高的转换效率意味着对能源的有效利用和减少能耗开支。以马达驱动为例，近年来逐渐得到普及和应用的电力电子变频调速技术就变革性地改变了全世界工业和家庭用的交流电动机的使用，并极大程度地节约能源。配合液晶显示技术而来的背光源电力电子应用完全改变了传统彩色电视机的市场、产品和消费。

　　Microsemi 功率产品部应用工程经理钱昶认为，随着电源系统功率处理能力的不断上升和对系统体积<>不断减小的要求，功率密度变成未来发展的重要课题：不同于早期的体积重量要求主要集中在航天军工等特殊领域，功率密度现在大量的民用产品和应用中也占据了举足轻重的地位。便携式电脑和手持移动通信设备就要求有极高的功率密度，使得设备本身变得更小超薄。另外，在中等功率范围的应用中，例如集中式的太阳能逆变器和工业电焊机，设备体积和重量也是重要的考虑因素。

　　高可靠性和成本常常是一对矛盾：在提高可靠性的同时，将会牵涉到使用更昂贵的材料或更多的元器件与电路。如何在此二者之间找到最佳的平衡和折衷也是未来电源技术与市场发展的主题之一。在通信电源领域，器件工作的可靠性历来受到制造商和终端客户的重视。半导体和系统的可靠性越高，生产厂商所承担的产品保证所带来的费用就越低，而且同时降低了用户在设备维护方面的人工与成本。在可靠性与成本方面突破性的发展将依赖于半导体器件的新工艺技术，以及无源元件，特别是磁元件和电容的材料，设计和制造的进展。

        直面设计挑战

　　帮助工程师提升电源设计效率，一直是半导体厂商与电源系统工程师最关注的问题。进一步提高能效依赖于半导体器件，电路拓扑结构和封装技术的新发展或优化选取。

　　首先，从器件方面，功率型金属氧化物场效应管(MOSFET)一直以来在小功率应用方面占主导地位。沟道栅极技术已普遍于低压MOSFET以减小通态电阻从而降低损耗。而在未来几年里，沟道栅极技术有向较高电压MOSFET推广的趋势。所以这对于300V 以上的功率型MOSFET管是一个新变化。近些年来超结 (Super Junction) MOSFET发展也很快，对应于传统的500V 以上的平面MOSFET在通态电阻和电流密度方面具有竞争力，但是它的动态开关特性还是弱于平面MOSFET，从而使高频高电压应用仍然偏向传统型的MOSFET。另外宽禁带MOSFET器件，例如氮化镓 (GaN) 和碳化硅(SiC) MOSFET 在研发中不断取得的成就也表明这些新型的复合半导体器件会逐步走向商用化，极大提升系统能效，改变硅半导体目前在市场上的一统局面。

其次，工程师可以灵活运用各种各样的拓扑结构以提高系统效率。像现在通信电源和服务器电源设备中常用的零电压开关相移式全桥结构就是新拓扑加新控制的典范。在太阳能功率变换中，三电平二极管钳位逆变器具有低成本、高效率的特点，作为一种新兴的电路拓扑结构