關鍵字：PMIC行業(yè) 電源管理芯片
根據(jù)市場專業(yè)機構的調查統(tǒng)計，全球電源管理集成電路(PMIC)市場從2013年反彈開始，近年一直保持著6~7%的年均增長速度，預計到2016年，這一市場的整體營收規(guī)模將達到387億美元的水平。推動電源管理IC市場穩(wěn)步成長的動力，主要來自于物聯(lián)網(wǎng)、車聯(lián)網(wǎng)、新能源和可穿戴設備等新興市場的蓬勃發(fā)展，正基于此，最近一年來電源管理半導體行業(yè)有針對性地開發(fā)出了一系列新的應用技術和產(chǎn)品功能。
縱觀當前電源管理IC行業(yè)的發(fā)展，其中一個較為明顯的特征是，由于不同應用市場對電源管理IC的需求表現(xiàn)各異，使得電源管理芯片正在從原來通用類器件逐漸轉化為專用型器件。在這一趨勢的影響下，越來越多的電源管理IC供應商更為緊密地圍繞不同行業(yè)用戶的應用需求特點，開發(fā)出多種性能差異化的電源管理芯片。
細分化應用趨勢形成
 飛思卡爾模擬產(chǎn)品高級市場經(jīng)理閆子波 |
“高轉換效率、低噪聲等性能指標一直是電源管理芯片的終極目標。”飛思卡爾模擬產(chǎn)品高級市場經(jīng)理閆子波表示，“但不同細分市場對產(chǎn)品的具體要求也大不一樣，例如：物聯(lián)網(wǎng)客戶端和可穿戴設備更關注的是電源管理芯片的效率、待機功耗及體積等；而汽車電子中的電源管理除了關注上述因素之外，還需要特別強調功能安全、輸入側的耐壓保護、是否有電壓實時監(jiān)控等功能特性，如是否符合ISO26262道路車輛功能安全標準，拋負載時能否通過汽車電子電磁兼容ISO7637標準中各個波形的測試等等。”
目前飛思卡爾MC33907系統(tǒng)基礎芯片(SBC)配合汽車MCU已經(jīng)通過了ISO26262的ASIL-D級別認證，它不僅能夠為MCU和其它系統(tǒng)負載供電，并通過DC-DC開關穩(wěn)壓器、線性穩(wěn)壓器和超低功耗節(jié)能模式來優(yōu)化能耗；而且還集成了CAN通信接口和多種功能安全措施，可滿足多項汽車OEM生產(chǎn)標準。新的一年，飛思卡爾還將計劃針對汽車車聯(lián)網(wǎng)應用，陸續(xù)推出新一代的電源管理芯片，配合其i.MX應用處理器，為客戶提供一整套的汽車級解決方案。此外，可穿戴設備同樣也是飛思卡爾未來開發(fā)的一個主力市場，在這一領域，小體積、高效率、高集成度，甚至帶有無線充電功能，都是飛思卡爾電源管理IC的研發(fā)重點。
 德州儀器(TI)電池管理產(chǎn)品市場及應用經(jīng)理文司華 |
“功耗可以說是可穿戴設備設計中的一個關鍵因素。”德州儀器(TI)電池管理產(chǎn)品市場及應用經(jīng)理文司華表示，可穿戴設備中的電池通常非常小(如100mAh)，設備又要持續(xù)幾天甚至幾周而不用充電，因此必須要具備高功率轉換效率；同時，一些時尚的手環(huán)式可穿戴產(chǎn)品的電子電路需要保持在極小的尺寸空間內，這使得包括電源管理在內的集成電路趨向高度整合化，且功率器件的占板面積和封裝規(guī)格都要做到盡可能小。
據(jù)介紹，TI目前在電池管理技術的開發(fā)重點之一就是為可穿戴設備提供更廣泛保護和監(jiān)控功能的充電器IC和電量計IC，其在2014年中期發(fā)布的bq25100充電器IC就是一個典型代表，它的尺寸僅為1.6×0.9mm，甚至比0603電容的尺寸還小，允許正常充電電流最小為10mA，并且能夠將充電截止電流或預充電電流設置為1mA的高精度水平。
快速充電管理需求突顯
而在普通消費電子市場上，隨著移動終端處理器向著8核64位的方向迅速演進，智能手機和平板電腦所配備的電池容量大幅提升，以增強續(xù)航能力，3000mAh電池已成為手機的標配，而越來越多的平板電腦正在采用5000mAh以上的電池。面對如此大容量的電池系統(tǒng)，傳統(tǒng)的線性方案只能給出1A左右的充電電流，同時發(fā)熱厲害，已不能適應這種新的應用發(fā)展，為此，大容量電池的快速充電管理需求日益冒升。
 希荻微電子有限公司應用總監(jiān)郝躍國 |
一套完整的充電路徑一般包括：AC-DC適配器(或USB下行充電端口)、USB電纜、智能終端上的充電芯片和電池。“為了實現(xiàn)快速充電，對整個充電路徑的各個環(huán)節(jié)都提出了更高的要求。”希荻微電子有限公司應用總監(jiān)郝躍國詳細分析道：“根據(jù)快速充電技術QC2.0等的要求，AC-DC適配器需要能夠根據(jù)充電芯片的要求，送出5V/9V/12V甚至20V的電壓，而目前主流的適配器還僅僅只能給出固定的5V電壓。其次，由于傳送的電流更大，要求廠家提供導電能力更強、寄生電阻更小的USB電纜，以降低電纜上的壓降；同時也對USB端口的設計和在PCBA上的走線寬度等要求更高。”
另一方面，對于關鍵部件充電芯片來講，需要能夠處理高達20V的直流工作電壓，加上考慮到電網(wǎng)電壓的波動，還要求充電芯片能夠耐受足夠高的浪涌電壓；對充電芯片的另一個重要的技術要求是能夠向電池提供高達3A甚至4.5A的充電電流，且芯片本身不能有顯著的發(fā)熱，這些都對充電芯片的設計、成本、封裝等提出了嚴苛的要求。此外，作為整條充電路徑的最后一環(huán)，鋰離子電池本身也應能夠承受足夠大的充電電流。
就目前業(yè)界推出的各種開關式充電解決方案和標準，如高通QC2.0、聯(lián)發(fā)科技Pump Express等，其基本開發(fā)思路包括：一、提高充電電壓，從傳統(tǒng)的5V供電到更高的9V、12V甚至20V電壓；二、加大充電電流，以向電池傳送更高的功率，實現(xiàn)快速充電。配合這些方案標準，目前TI等一批電源管理芯片廠商紛紛向市場推出了各種高電壓大電流的開關式充電芯片，以實現(xiàn)高效率的充電管理。
談到現(xiàn)階段快速充電IC的技術開發(fā)重點，郝躍國認為，主要包括最高20V輸入電壓下的工藝和設計處理；從5V到20V的寬范圍輸入電壓情況下的充電電壓和充電電流精度的控制；集成電源路徑智能管理的設計，大電流情況下的效率和散熱設計；對充電端口類型的智能檢測和對各種快充標準的兼容設計；通過I2C接口向系統(tǒng)提供各種充電參數(shù)的在線配置等。
據(jù)了解，希荻微電子已成功量產(chǎn)了與國際大廠軟硬件完全兼容的1.5A快充芯片HL7005，市場反響熱烈；并且結合下一代智能手機平臺的發(fā)展，希荻微電子還將于2015年陸續(xù)推出充電電流高達4.5A的快充芯片HL7012和3A充電電流的快充芯片HL7008。HL7012是一顆輸入電壓高達16V、充電電流高達4.5A、帶電源路徑管理的快充芯片，采用散熱性能良好的QFN封裝；HL7008則是一顆專為智能手機和平板電腦定制的充電電流高達3A的快充芯片，內置了電池激活和復位開關。
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