- 電源技術的進展與電源管理的應用
- 數字信號處理器DSP的采用
- 控制手段用微處理器和單片機組成的軟件控制方式
一、引言
電能是目前人類生產和生活中最重要的一種能源形式。合理、高效、精確和方便地利用電能仍然是人類所面臨的重大問題。采用電力電子技術的電源裝置給電能的利用帶來了革命。在世界范圍內，用電總量中經過電力電子裝置變換和調節的比例已經成為衡量用電水平的重要指標，目前全球范圍內該指標的平均數為40%，據美國國家電力科學研究院預測，到2010年將達到80%。這對電源技術提出了新的挑戰。
上世紀80年代，提出了電源制造中電力電子集成概念，明確了集成化是電力電子技術未來發展的方向，是解決電力電子技術發展面臨障礙的最有希望的出路。電源集成電路逐步成為功率半導體器件中的主導器件，把電源技術推向了電源管理的新時代。電源管理集成電路分成電壓調整器和接口電路兩方面。正是因為這么多的集成電路(IC)進入電源領域，人們才更多地以電源管理來稱呼現階段的電源技術。
二、電源技術的進展
電源技術是一種應用功率半導體器件，綜合電力變換技術、現代電子技術、自動控制技術的多學科的邊緣交叉技術。隨著科學技術的發展，電源技術又與現代控制理論、材料科學、電機工程、微電子技術等許多領域密切相關。目前電源技術已逐步發展成為一門多學科互相滲透的綜合性技術學科。它對現代通訊、電子儀器、計算化、工業自動化、電力工程、國防及某些高新技術提供高質量、高效率、高可靠性的電源起著關鍵的作用。
上世紀40年代晶體管問世，隨后不到十年，晶閘管在晶體管漸趨成熟的基礎上問世，從而揭開了電源技術長足發展序幕。半個世紀以來，電源技術的發展不斷創新。
1、高頻變換是電源技術發展的主流
電源技術的精髓是電能變換。利用電能變換技術，將市電或電池等一次電源變換成適合各種用電對象的二次電源。開關電源在電源技術中占有重要地位，從20kHz發展到高穩定度、大容量、小體積、開關頻率達兆赫茲的高頻開關電源，為高頻變換提供了物質基礎，促進了電源技術的發展。高頻化帶來的最直接的好處是降低原材料消耗，電源裝置小型化，提高功率密度，加快系統的功態響應，進一步提高電源裝置的效率，有效抑制環境噪聲污染，并使電源進入更廣泛的領域，特別是高新技術領域，進一步擴展了它的應用范圍。
2、新理論、新技術的指導
單管降壓、升壓電路、諧振變換、移相諧振、軟開關PWM、零過渡PWM等電路拓撲理論；計算機輔助設計(CAD)、功率因數校正、有源箍位、并聯均流、同步整流、高頻磁放大器、高速編程、 遙感遙控、微機監控等新技術，指導廠電源技術的發展。
3、新器件、新材料的支撐
晶閘管(SCR)、可關斷晶閘管(GTO)、大功率晶體管(GTR)、絕緣柵雙極型晶體管 (IGBT)、功率場效應晶體管(MOSFET)、智能ICBT(IPM)、MOS柵控晶閘管(MCT)、靜電感應晶體管(SIT)、超快恢復二極管、無感電容器、無感電阻器、新型鐵氧體、非晶和微晶軟磁合金、納米晶軟磁合金等元器件，裝備廠現代電源技術、促進電源產品升級換代。并正在研究開發砷化鎵(GaAs)、半導體金剛石、碳化硅(SiC)半導體材料。
4、控制的智能化
控制電路、驅動電路、保護電路采用集成組件。數字信號處理器DSP的采用，實現控制全數字化。控制手段用微處理器和單片機組成的軟件控制方式，達到了較高的智能化程度，并且進一步提高電源裝置的可靠性。
5、電源電路的模塊化、集成化
單片電源和模塊電源取代整機電源，功率集成技術簡化了電源的結構，已經在通訊、電力獲得廣泛應用，并且派生出新的供電體制――分布式供電，使集中供電單一體制走向多元化。電路集成的進一步發展是做系統集成，將信息傳輸、控制與功率半導體器件全部集成在一起，增加了可靠性。
6、電源設備的標準規范
電源設備要進入市場，今天的市場已是超越局域融費全球的一體化市場，必須遵從能源、環境、電磁兼容、貿易協定等共同準則，電源設備要接受安全、 EMC、環境、質量體系等多種標準規范的論證。
[page]
三、電源管理應用
1、電源管理
電源技術的發展是以晶閘管 (可控硅)的發展作為基礎的。 1979年發明了功率場效應晶體管 (MOSFET)，1986年生產了高壓集成電路(HVTC)，也就是最早的電源集成電路(電源IC)。正是因為電源集成電路逐步成為功率半導體器件中的主導器件，把電源技術推向了電源管理的新時代。
電源管理半導體從所包含的器件來說，明確強調電源管理集成電路(電源管理IC，簡稱電源管理芯片)的位置和作用。電源管理半導體包括兩部分，即電源管理集成電路和電源管理分立式半導體器件。
電源管理集成電路包括很多種類別，大致又分成電壓調整和接口電路兩方面。電壓凋整器包含線性低壓降穩壓器(即LOD)，以及正、負輸出系列電路，此外不有脈寬調制(PWM)型的開關型電路等。因技術進步，集成電路芯片內數字電路的物理尺寸越來越小，因而工作電源向低電壓發展，一系列新型電壓調整器應運而生。電源管理用接口電路主要有接口驅動器、馬達驅動器、功率場效應晶體管(MOSFET)驅動器以及高電壓/大電流的顯示驅動器等等。
電源管理分立式半導體器件則包括一些傳統的功率半導體器件，可將它分為兩大類，一類包含整流器和晶閘管；另一類是三極管型，包含功率雙極性晶體管，含有MOS結構的功率場效應晶體管(MOSFET)和絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)等。
在某種程度上來說，正是因為電源管理IC的大量發展，功率半導體才改稱為電源管理半導體。也正是因為這么多的集成電路 (IC)進入電源領域，人們才更多地以電源管理來稱呼現階段的電源技術。
2、電源管理IC分類
電源管理半導體本中的主導部分是電源管理IC，大致可歸納為下述8種。
2.1、AC/DC調制IC。內含低電壓控制電路及高壓開關晶體管。
2.2、 DC/DC調制IC。包括升壓/降壓調節器，以及電荷泵。
2.3、功率因數控制PFC預調制 IC。提供具有功率因數校正功能的電源輸入電路。
2.4、脈沖調制或脈幅調制PWM/ PFM控制IC。為脈沖頻率調制和/或脈沖寬度調制控制器，用于驅動外部開關。
2.5、線性調制IC(如線性低壓降穩壓器LDO等)。包括正向和負向調節器，以及低壓降LDO調制管。
2.6、電池充電和管理IC。包括電池充電、保護及電量顯示IC，以及可進行電池數據通訊“智能”電池 IC。
2.7、 熱插板控制IC(免除從工作系統中插入或拔除另一接口的影響)。
2.8、MOSFET或IGBT的驅動 IC。
在這些電源管理IC中，電壓調節IC是發展最快、產量最大的一部分。各種電源管理IC基本上和一些相關的應用相聯系，所以針對不同應用，還可以列出更多類型的器件。
3、電源管理的技術趨勢
電源管理的技術趨勢是高效能、低功耗、智能化。
提高效能涉及兩個不同方面的內容：一方面想要保持能量轉換的綜合效率，同時還希望減小設備的尺寸；另一方面是保護尺寸不變，大幅度提高效能。
在交流/直流(AC/DC)變換中，低的通態電阻，符合計算機和電信應用中更加高效適配器和電源的需要。在電源電路設計方面，一般待機能耗已經降到1W以下，并可將電源效率提高至90%以上。要進一步降低現有待機能耗，則需要有新的IC制造工藝技術及在低功耗電路設計方面的突破。
越來越多的系統會需要多輸出穩壓器。例如帶多輸出和電源通路控制的鋰離子充電電池，多輸出 DC/DC轉換器和具有動態可調輸出電壓的開關穩壓器等。
電源管理IC的智能化，包括從電源控制到電量監測與電池管理。
4、電源管理IC應用領域
電源管理IC應用在便攜式產品(手機、數碼相機、筆記本電腦、MP3播放器、移動硬盤等)、數字消費類電子產品(高清晰度電視機、LCD電視機和面板、DVD播放機)、計算機、通信網絡設備、工業設備和汽車電子。其中消費類電子產品是電源管理芯片的最大應用領域。
所有這些應用和產品都需要相應的電源管理技術才能充分發揮它們的功能。IC方案需要解決產品差異化，電源管理效率，產品尺寸極小型化以及產品功能多樣化。
四、結論
當代許多高新技術均與電網的電壓、電流、頻率、相位和波形等基本參數的變換與控制相關。電源技術能夠實現對這些參數的精確控制和高效率的處理，特別是能夠實現大功率電能的頻率變換，從而為多項高新技術的發展提供了有力的支持。電源集成電路的發展，把電源技術推向了電源管理的新時代。電源技術及其產業的進―步發展必將為大幅度節約電能、降低材料消耗以及提高生產效率提供重要的手段，并為現代生產和現代生活帶來深遠的影響。
