由于智能手機(jī)、平板電腦等便攜式設(shè)備的大量應(yīng)用，電源管理技術(shù)受到越來(lái)越多的關(guān)注，同時(shí)也帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)。據(jù)了解，電源管理IC產(chǎn)品種類眾多，包括LDO、DC-DC、Driver和PMU等。近年來(lái)隨著手機(jī)等設(shè)備對(duì)電源管理要求的提升，一些分立的電源管理芯片，如LDO、DC-DC等，都被集成到電源管理單元(PMU)中。
電源管理IC將多領(lǐng)域爆發(fā)
拓墣產(chǎn)業(yè)研究所研究經(jīng)理李永健指出，2013年大陸IC市場(chǎng)的最大亮點(diǎn)將是高性能低功耗處理器、無(wú)線通信、電源管理以及高速海量存儲(chǔ)芯片。據(jù)市調(diào)機(jī)構(gòu)IHS iSuppli預(yù)計(jì)，2013年電源管理IC市場(chǎng)將達(dá)322億美元，增幅為7.6%。未來(lái)3年，市場(chǎng)將保持溫和增長(zhǎng)，2016年?duì)I業(yè)收入預(yù)計(jì)將達(dá)到387億美元。包括消費(fèi)電子、網(wǎng)絡(luò)通信、移動(dòng)互聯(lián)領(lǐng)域都是目前最主要的市場(chǎng)，汽車電子、新能源領(lǐng)域也開始逐漸發(fā)力。
比亞迪股份有限公司總經(jīng)理助理衛(wèi)勇
在近期環(huán)球資源舉辦的IIC China 2013上，諸多中國(guó)本土Fabless就紛紛發(fā)布自己的電源管理IC產(chǎn)品。隨著面板應(yīng)用的逐漸擴(kuò)大，包括立錡、致新等臺(tái)系廠商紛紛加大面板市場(chǎng)布局，大陸的集創(chuàng)北方就推出了針對(duì)顯示面板的PMU產(chǎn)品9101A，可以實(shí)現(xiàn)“三屏合一”一體化解決方案。比亞迪則帶來(lái)了IGBT、電流傳感器等產(chǎn)品。據(jù)介紹，比亞迪的AC-DC產(chǎn)品已在三星、諾基亞、華為等手機(jī)充電器中廣泛采用，目前每個(gè)月的出貨均在1500萬(wàn)片左右。比亞迪股份有限公司總經(jīng)理助理衛(wèi)勇表示，2013年是電動(dòng)汽車正式發(fā)力的元年，隨著比亞迪今年電動(dòng)汽車的爆發(fā)，對(duì)于相關(guān)電源管理IC營(yíng)業(yè)額的提升有非常大的推動(dòng)力。
鈺泰科技則重點(diǎn)推出了應(yīng)用到智能電表上的輸入降壓芯片ETA2821及2841，該領(lǐng)域目前基本都是MPS、TI這樣的歐美廠商在做。甘戈表示，該器件的優(yōu)勢(shì)是體積很小，效率很高，耐壓可以達(dá)到42V，工作電壓范圍很廣。42V的耐壓值使得這個(gè)系列的產(chǎn)品非常適合用于工業(yè)級(jí)別電子方面的應(yīng)用。除了智能電表，還可以用到LED驅(qū)動(dòng)、車載充電等領(lǐng)域。
第一大趨勢(shì)：充電電流提升迅速，2安培產(chǎn)品成主流
根據(jù)筆者從IIC展會(huì)上看到的幾款產(chǎn)品，可以看出目前電源管理芯片正呈現(xiàn)的幾大技術(shù)趨勢(shì)。隨著移動(dòng)終端的屏幕越來(lái)越大，功能越來(lái)越多，意味著對(duì)電池的要求越來(lái)越高，電池的續(xù)航能力要更長(zhǎng)，功耗和發(fā)熱要越低越好。
如何實(shí)現(xiàn)以上需求？
過(guò)去500毫安的充電電流已經(jīng)不夠用了，目前手機(jī)上的充電電流已經(jīng)出現(xiàn)1安培的，而在平板電腦上已經(jīng)出現(xiàn)了向2安培發(fā)展的趨勢(shì)。鈺泰科技此次推出了一款業(yè)內(nèi)首顆充電電流達(dá)到3安培的開關(guān)型充電芯片ETA6003。這款產(chǎn)品具有智能動(dòng)態(tài)路徑管理功能，除了可以讓智能設(shè)備在充電器連接后全負(fù)載工作，更可以讓設(shè)備在充電器連接時(shí)在電池耗盡的情況下正常的運(yùn)作。
鈺泰科技總經(jīng)理甘戈表示，由于現(xiàn)在平板電腦、智能手機(jī)充電時(shí)間比較長(zhǎng)，而USB近來(lái)充電電流比較小，現(xiàn)在電池的電量動(dòng)輒幾千毫安。有了這個(gè)轉(zhuǎn)換開關(guān)后，與傳統(tǒng)的線性開關(guān)相比可以節(jié)省至少50%的充電時(shí)間，同時(shí)也會(huì)大大的減少整體的發(fā)熱和功耗。
“除了路徑管理50mOhm優(yōu)秀的內(nèi)阻可以讓電池延長(zhǎng)續(xù)航時(shí)間，高效的開關(guān)型充電在充電過(guò)程匯總避免設(shè)備溫度上升，而讓設(shè)備用戶得到良好的體驗(yàn)。”甘戈同時(shí)表示，電流輸出越大的話，外圍器件就可以越小，PCB體積也會(huì)越小。
第二大趨勢(shì)：處理器“核戰(zhàn)”促進(jìn)智能電源管理需求
移動(dòng)終端多核化也對(duì)電源管理提出了新的要求。
在Cortex-A9成為2012年中高端手機(jī)芯片標(biāo)配之后，Cortex-A15架構(gòu)自然成為2013年高端手機(jī)的必備品。受此影響，基于Cortex-A15處理器的電池供電應(yīng)用也開始被大量推出。
日前德州儀器(TI)基于Cortex-A9及Cortex-A15處理器的電池供電應(yīng)用，推出業(yè)界首款單芯片前端電源管理單元TPS65090。TI表示，該產(chǎn)品高度集成了1個(gè)4A開關(guān)PowerPath充電器、3個(gè)5A DC-DC降壓轉(zhuǎn)換器、7個(gè)負(fù)載開關(guān)、2個(gè)常開LDO以及1個(gè)10通道模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)。與采用分立式IC相比，可將板級(jí)空間銳減60%。據(jù)TI表示，TPS65090可最大限度提高電源效率，與分立式解決方案相比，可將電子產(chǎn)品的電池工作時(shí)間延長(zhǎng)20%。
隨著移動(dòng)終端越來(lái)越多采用多核處理器，對(duì)能耗的要求越來(lái)越高，ETA Solutions也為多內(nèi)核的平臺(tái)開發(fā)出智能電源管理芯片ETA1459，通過(guò)智能的調(diào)控，使得系統(tǒng)即可以滿足滿負(fù)荷的應(yīng)用環(huán)境，同時(shí)又可以通過(guò)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)輸出電壓達(dá)到節(jié)能目的。
“與以前的DC-DC不同在于，ETA1459可以跟這些內(nèi)核通信，這樣就可以實(shí)現(xiàn)智能化，比如看電影完了后，電源芯片就會(huì)把電源負(fù)載降低，如果要看電影、玩游戲就會(huì)把電源調(diào)節(jié)上來(lái)，從而可以實(shí)現(xiàn)智能調(diào)節(jié)。”甘戈表示。
第三大趨勢(shì):PMU集成與分立器件仍將長(zhǎng)期存在
除了充電電流增大、“多核化”帶來(lái)的需求外，集成化是半導(dǎo)體產(chǎn)品發(fā)展的一大趨勢(shì)，電源管理芯片也不例外。其中，最為明顯的例子就是PMU產(chǎn)品。一個(gè)PMU可能集成了多個(gè)LDO和DC-DC等產(chǎn)品，能夠?qū)崿F(xiàn)多種電源管理管理，是集成化趨勢(shì)最明顯的例子。
隨著移動(dòng)終端主芯片集成度越來(lái)越高，設(shè)計(jì)人員更傾向于選擇集成多種功能的主芯片組加上MPU，幫助簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)。但這并不表示分立器件以后沒(méi)有發(fā)展前途了。
“很多客戶為什么選擇PMU？是因?yàn)槟壳昂芏喙δ苁菃晤w器件沒(méi)有的，如果每個(gè)分立器件都可以實(shí)現(xiàn)這些功能的話，是可以與PMU進(jìn)行抗衡的。”甘戈認(rèn)為，集成化并不能解決全部問(wèn)題，一個(gè)PMU往往只能針對(duì)某類應(yīng)用，甚至某個(gè)產(chǎn)品，從某個(gè)角度來(lái)說(shuō)有些類似ASSP（專用標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品），其擴(kuò)展應(yīng)用性不如分立解決方案，而且分立解決方案可以根據(jù)需求選擇最適合的電源管理芯片，可以達(dá)到最高的能效，由于分立和集成各有優(yōu)勢(shì)，因此，集成化和分立的解決方案將會(huì)一直長(zhǎng)期存在。
此外，PMU的缺點(diǎn)在于它的成本高、靈活度差。對(duì)很多客戶來(lái)說(shuō)，一旦用一家PMU后，就會(huì)跟這家客戶綁死，因?yàn)闆](méi)有第二家選擇。“其實(shí)分立器件并不差，如果廠商能夠把成本做得更低，靈活度更高，客戶會(huì)更愿意選分立器件，因?yàn)橛蠸econd sources，在議價(jià)方面也更有優(yōu)勢(shì)。”衛(wèi)勇認(rèn)為，這么多年來(lái)電源管理AC-DC或AC-DC的拓?fù)浼軜?gòu)并沒(méi)有發(fā)生本質(zhì)變化，集成這一塊很多時(shí)候是通過(guò)工藝、或者DIE SIZE的增加來(lái)完成，這樣的單芯片在成本也不一定有優(yōu)勢(shì)。
第四大趨勢(shì)：掌握晶圓制造能力的Fabless占據(jù)優(yōu)勢(shì)
從全球電源管理IC的市場(chǎng)的份額來(lái)看，歐美公司仍然具有較大技術(shù)和市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)，但臺(tái)灣地區(qū)和大陸廠商正在奮起直追。一般來(lái)說(shuō)，歐美公司的強(qiáng)項(xiàng)在于技術(shù)、管理以及經(jīng)驗(yàn)，而國(guó)內(nèi)公司的強(qiáng)項(xiàng)在于服務(wù)和技術(shù)支持，同時(shí)還能保證更低的價(jià)格。當(dāng)一款產(chǎn)品利潤(rùn)比較高的時(shí)候，可能系統(tǒng)廠商還不太會(huì)考慮國(guó)內(nèi)供應(yīng)商，但一旦產(chǎn)品技術(shù)成熟、利潤(rùn)下降后，系統(tǒng)廠商就需要Cost down，國(guó)內(nèi)供應(yīng)商的機(jī)會(huì)就來(lái)了。所以產(chǎn)品的需求往往發(fā)端于歐美，象一個(gè)浪一樣，隨后涌到韓日、臺(tái)灣，當(dāng)這個(gè)浪涌到大陸時(shí)，量確實(shí)很大，但產(chǎn)品周期也快結(jié)束了。
由于電源管理IC的技術(shù)成熟度越來(lái)越高，許多產(chǎn)品的差異化并不是很大。這就造成了當(dāng)Fabless難以為繼，擁有生產(chǎn)制造的廠商還可以保留20-30%利潤(rùn)空間。“一輛電動(dòng)汽車上的IGBT芯片用量，相當(dāng)于一片六寸Wafer。如果我們的電動(dòng)汽車一個(gè)月做到3萬(wàn)臺(tái)，這就相當(dāng)于一個(gè)中大型六寸晶圓廠的產(chǎn)能被我們?nèi)砍酝炅恕?rdquo;衛(wèi)勇表示，比亞迪收購(gòu)寧波中緯，就是為了長(zhǎng)遠(yuǎn)布局進(jìn)行的垂直整合。
