在提高功率密度的需求下，用于工業(yè)的電源模塊不僅向著低電壓大電流的方向不懈努力，而且體積也從1/4磚、1/8磚、到1/16磚不斷縮小著；與此同時，便攜設備配套的電源部分在PCB板上占據的“地盤”也被擠得越來越小。

為了滿足設備對電源提出的持續(xù)縮小尺寸、降低成本等苛刻要求，電源芯片廠商正嘗試把線性穩(wěn)壓器、DC/DC轉換器、PWM控制器、LDO和充電IC等不同元件集成到單個器件上，以提供完整的電源解決方案。很明顯可以發(fā)現：功率集成技術越來越簡化了電源的結構。

功率器件被廣泛的集成

在AC/DC轉換器中集成PFC或PWM，能有效減少電網污染并提高轉換效率，這已經得到廣泛普及。此外，很多功率器件，如MOSFET、二極管等也與PWM控制器等一起，被集成在單一芯片內，從此在PCB上“消失”。目前不僅一些國外半導體廠商有此類產品，很多本土廠商也陸續(xù)推出很多產品，在此不再贅述。

多個LDO與DC/DC集成

通過多個LDO與DC/DC的集成，單一芯片可為設備輸出多路電壓，滿足產品中不同部件的不同電壓需求。并且，在輕載的時候LDO代替DC/DC轉換器工作，有利于實現更小的噪音以及更高的效率。例如在美國國家半導體(NSC)的PowerWise能源管理單元的系列產品中，就把LDO、升壓/降壓功能或MOSFET集成在DC/DC內。NSC亞太區(qū)便攜式設備電源管理產品市場經理羅振輝介紹，“我們的LP3971產品中內置了3個高效率的1600mA可設定降壓轉換器及6個可設定的LDO穩(wěn)壓器，因此可以滿足像英特爾XScale處理器等單片機系統(tǒng)的嚴格供電要求?！?/p>

此外，TI也有款電源管理產品TPS65020集成了三個具備集成FET的同步降壓DC/DC轉換器、三個線性穩(wěn)壓器以及一個I2C通信接口，可實現全面的可編程性與內核電壓的動態(tài)電壓縮放。該器件可用于包括智能電話、PDA、數碼相機以及便攜式音頻與媒體播放器等。該器件的開關頻率為1.5MHz，使設計人員能夠采用諸如2.2μH電感器等小型外部組件，從而顯著節(jié)省板級空間。

除了集成多個DC/DC和可編程穩(wěn)壓器外，意法半導體還把一個完整的USB-OTG模塊和主流的存儲卡接口，以及處理器電源監(jiān)控和復位監(jiān)控組件集成到STw4810。其中一個獨立的DC/DC降壓轉換器在600mA下為處理器內核提供1V到1.5V電壓，另一個為I/O功能和通用功能提供1.8V的電壓。三個LDO可編程穩(wěn)壓器給輔助設備和外設接口供電。USB OTG標準解決了市場對便攜設備如手機、相機、PDA和MP3播放器之間無需連接主機即可在低功耗條件下互相通信的要求。

更多安全功能的集成

為了預防難以預測、具有潛在危害的瞬態(tài)電源尖峰和過熱環(huán)境的風險，增強系統(tǒng)保護能力，一些標準功能，如外部保護，可被集成進IC里。比倒裝芯片的封裝還要薄的NCP1526厚度僅為0.55mm，是安森美一款采用UDFN封裝的集成轉換器，它不僅集成了低噪聲LDO，高頻振蕩器，而且把軟啟動、逐周期電流限制和熱關機保護等增值特性也集成了進去。尤其適合PMP、MP3播放器、手機數字多媒體廣播或手持終端數字視頻廣播芯片組等多媒體便攜式設備的應用微處理器供電。

通過把熱插拔控制器和基于12位模數轉換器(ADC)集成進數字電源監(jiān)視器，美國模擬器件公司(ADI)的ADM1175-8系列，能夠有效地測量和管理刀片式PC和電信系統(tǒng)中的功耗。其中熱插拔控制器可以保護板卡免受電源和過熱的瞬態(tài)沖擊，并且允許板卡從2.7至14V供電的背板在工作期間安全地插入和拔出；數字電源監(jiān)視器可以測量每個板卡的電源使用狀況并且通過數字接口將數據發(fā)送給片外控制器。高度集成后，元器件成本比分立解決方案減少了33%，并把通常僅每秒100次采樣提高到每秒10,000次采樣。

未來必定還有更廣的集成組合

竭盡妙招解決集成負面影響

集成可以提升電源性能。集成之后的電源變成一個密封的模塊，電源連線之間的電感、電磁干擾等大大減少。“更多的集成意味著外部更少的元件數量，對工程師來說，減少外部元件的變數，能帶來更高的可靠性，并簡化其設計?！卑采腊雽w亞太區(qū)電源管理產品經理蔣家亮認為，“不過由于IC電路的復雜度提高，有可能會產生寄生元素。對于這個弊端，我們一般通過關閉電敏感器件或用消隱功能來解決?！庇捎谠谠O計芯片的時候，考慮了市場和客戶的需要，故設計出來的產品能針對客戶所需，如驅動能力高、EMI抖動效果好、高能效、過壓保護、低待機能耗、簡化電路設計等等，他補充道。

電子產品越做越小，這導致大量的熱集中在較小的范圍，容易引起溫度過高，引發(fā)散熱難題。蔣家亮建議設計工程師通過良好的PCB布局來解決散熱難題；或者采用表面貼裝(如QFN)器件來代替直插穿孔器件。此外，NSC有一些新開發(fā)的電源產品帶有熱能調節(jié)功能，以LP3971為例，系統(tǒng)設計工程師只要采用動態(tài)電壓調節(jié)技術，供電系統(tǒng)便可根據處理器的工作量及時鐘頻率調節(jié)輸出電壓，幫助系統(tǒng)進一步降低功耗。

對于IC供應商來說，使更多功能集成在芯片上，也是抵抗價格不斷下降的一種方式，以在激烈的競爭中保持優(yōu)勢?！安贿^在模擬IC設計中，集成化進度稍微慢一點，這歸結于需要使用大量的被動器件，譬如電感和電容?！盡icrel公司電源產品市場總監(jiān)Ralf Muenster指出，“例如在模擬電源管理中，一種典型的集成方式是將幾個線性穩(wěn)壓器整合進單一的電源管理IC中。由于IC封裝所能消散的最大熱量有限，所以一定程度上限制了集成。由于線性穩(wěn)壓器的效率就是輸出電壓與輸入電壓的比率，這是很大一個限制?！?/p>

深耕芯片級之外，半導體廠商嘗試電源模塊領域

“電源設計的未來趨向是更輕巧，設計師不想再要一些外圍的元器件，只希望用一顆電源管理IC便能大功告成?！笔Y家亮指出，“我們預計對集成化電源管理芯片有大量市場需求的應用將包括機頂盒、DVD、筆記本電腦適配器、ATX、LCD電視顯示器電源、打印機電源等。DC/DC穩(wěn)壓器會是安森美一個集成發(fā)展的方向，以滿足高功率密度、低能耗及高能效的要求?！?/p>

不僅局限于芯片級，由于高集成電源管理產品本身也是由不同的電源模塊組成，一些沒有體積限制的電子產品的制造商也會選擇電源模塊以增加設計的靈活性。相比于模塊電源廠商，半導體廠商的微型電源模塊往往體積更小。目前許多半導體廠商表示，未來電源模塊與高集成電源管理方案將一同發(fā)展。TI、凌力爾特、IR等半導體公司也都推出了自己的微型模塊化產品。羅振輝也透露，“NSC未來將同時開發(fā)不同的高集成度電源管理方案及電源模塊，以滿足不同客戶的需求。”

事實上，并不只是沒有資源或不具備技術專長的公司開始青睞集成程度高的電源管理芯片?！捌鋵崒ξ覀儊碚f，公司有足夠的開發(fā)資源。但確定合適的DC/DC控制器IC、MOSFET、電感器、電容器、電阻器和二極管等都需要花費時間，而且后期還得再進行復雜的調試?！蹦畴娮庸倦娫垂こ處煴硎?，“考慮到快速上市的壓力以及有限的PCB面積，我們還是選擇了凌力爾特這款10A降壓型DC/DC——μModule LTM4600。這款芯片內置電感器、MOSFET、DC/DC控制器、補償電路和輸入輸出旁路電容，使我們投入在這方面的設計力量大為減少，而且PCB變得非常簡潔。值得一提的是，它還可以并聯使用從而把負載電流能力提高到20A?！蹦壳唉蘉odule系列又新增了5款產品，廣泛應用在航空電子、工業(yè)、醫(yī)療、電信、刀片服務器、測試/測量等領域。