电源管理IC的“进化”

虽然电源管理IC不像CPU、GPU那样吸睛，但它属于一个相对稳定的市场，如果能在这一领域深耕，那也能培育自己的“一亩三分地”。毕竟，电源管理IC不可或缺。

应用之变
 
对于电源管理IC来说，无论针对传统还是新兴应用，“进化”是一直以来的诉求。
 
德州仪器副总裁兼降压开关电源产品业务部总经理Mark Gary认为，偏消费类的产品如笔记本、手机及可穿戴产品，对电源管理IC的要求在于尺寸更小、功率更大，以适应小型化和快充的需求。而在数据中心及工业4.0领域，对电源管理IC提出大功率需求，则需要更高的效率和更优的EMI表现。
 
Mark Gary举例说，以服务器应用为例，如需实现云计算，则要求服务器处理能力更强，如何在固定空间情况下实现更大的功率，从几千瓦到30kW等等，这是电源管理IC所需要应对的。
 
ADI电源产品中国区市场总监梁再信分析说，工业4.0的电源管理IC着重灵活度、效率、低EMI、安全性、可靠性等等；在自动驾驶汽车领域，关键平台主要有激光雷达、毫米波雷达等，对噪声和安全性要求很高；而在通信领域，针对即将到来的5G变革，最大的挑战就是如何提高电源转换效率。
 
而从市场需求来看，有分析称通信市场让将占据最主要的市场份额，即将到来的5G大规模布局，将进一步提升通信领域电源管理芯片需求。于此同时，汽车电气化以及工业4.0升级，也将成为电源管理芯片的助推剂。相对而言，消费类及计算方面应用需求有所降低。
 
模块“快进”
 
电源管理IC的集成化、模块化、智能化一直是前进的动力，而模块化在内外因的相互作用下正在兴起。

Mark Gary提及，电源模块发展有两大驱动因素，一是新工艺的导入，通过将被动元器件如电感、电容、电阻等集成，使得尺寸趋小的同时将功率提升；二是封装的改进和创新，4-5年前很多封装工艺采用打线的技术，而现在则采用倒装技术，从而使得功率密度更高、EMI进一步改善。
 
这不仅赋予电源模块抗EMI性好、功率密度高、更可靠等特点，Mark Gary还指出，电源模块不仅整体尺寸变小，同时外围要求也更简单，不需更多的被动元器件，BOM的数量变少。此外，对于工程师来说产品开发会更便利，将加快上市进程。
 
而此前模块因成本偏高而市场化推进受阻的障碍也在进一步消除。“随着工艺和技术的发展，电源模块与分立器件的价差已缩小，四五年前电源模块价格是分立器件的4-5倍，现在则是1.8-1.9倍。从性价比来看，工程师认为采用电源模块开发更方便，同时外围器件减少也可进一步降低成本，因而市场潜力可期。” Mark Gary十分看法电源模块的发展，“在测试测量、医疗仪器、工业自动等需要小体积、EMI优势的应用，均可采用电源模块。”
 
而TI最新推出的电源模块LMZM33606可谓因时而生。Mark Gary介绍其优势时说，一是EMI特性优良，因模块已集成电容，可将电流环路做到更小，从而满足众多EMI标准。二是功率密度更高。三是WEBENCH使设计变得简单，WEBENCH支持在线设计，只需将输入输出参数放到WEBENCH里，就可算出所需的电容和电阻。
 
GaN批量
 
在电源管理IC市场，传统“硅”材料遇到的极限在于在现有尺寸规格下，无法在所需的频率下输出更高的功率。而在诸如5G、数据中心等应用中，功率都是一个至关重要的因素。在此情形下，可在尺寸和能耗减半的条件下输送同等的功率的氮化镓（GaN）应运而生。
 
TI高压电源应用产品业务部氮化镓（GaN）功率器件产品线经理 Steve Tom介绍，频率提高使体积减小是GaN显著的优点，因这可显著地减小变压器、电感和电容的体积。在传统的电压器设计中，600V输入一般只有100kHz频率，变压器体积会非常大，整体重量也大于650g。而TI的GaN产品频率高达1MHz，是传统频率的10倍，因而理论上可将电感、电容的尺寸缩小10倍。
 
虽然GaN相比硅成本较高，但从三个方面来看，市场接受度在提高。Steve Tom分析说，一是随着整个市场的成熟，越来越多的客户在使用，GaN的整体价格趋势走低；二是GaN相对传统硅的频率可以跑到1MHz，外围的电感和电容尺寸可以变得更小，这也意味着更便宜，因而从整体系统来看价格越来越可以接受；三是新的工艺和封装技术，使得成本也在趋低。相比另一新秀SiC（碳化硅），GaN可以跑到1MHz，SiC频率只能达几百kHz，对于大功率应用GaN会更简单、成本更低。
 
Steve Tom也提到：“GaN产品将率先在一些工业和新能源的大功率应用中大量使用之后，价格往下走的趋势会延伸到消费级市场。”

而对于GaN的可靠性问题，Steve Tom特意表示，TI在最新推出的支持高达10kW应用的新型即用型600V氮化镓GaN LMG341x上，已做了2000万小时的充分的可靠性测试，包括高低温测试、过流测试等，因而，可靠性成为强有力的保障。此外，该GaN器件可将功率密度提高一倍，并将损耗降低80%，不仅实现了更小、更有效的方案，并可进一步简化设计。

“我们确信GaN工艺、技术和产品已具备批量化生产的条件。” Steve Tom对此充满信心。目前TI官网不仅提供参考设计，还提供PCB布局、技术文档和开发工具等。除全新上线WEBENCH工具之外，TI还与《电源设计基础》的原版作者合作，将其翻译成中文，让客户能学习到更多的电源知识，更方便地选型和设计，从而加快产品上市进程。Steve Tom最后强调，在GaN产品方面，TI将持续投入，未来产品会在集成度和过压过流保护方面不断提升，开发也将更简便。