綠化 (going green) 是所有產業的熱門議題,節能和減排已經成為能源使用的主題。不管是美國政府主導的“能源之星(Energy Star)”,還是由全球計算業界領導廠商提出的“計算機產業拯救氣候計劃(Climate Savers Computing Initiative) ”,待機能耗,加上各國出臺的相關法律法規,都對電子產品能源效率提出了更高的要求,成為全球電子業者都要面臨的重大挑戰。

英飛凌科技全球開關電源高級市場經理Thomas Schmidt日前表示:“出貨量最大的PC類產品及長期運轉工作的服務器耗能最多,自然成為關注的焦點。到今年7月,Climate Savers Initiative組織對電源模塊的采購要求100%的PC電源滿足能源之星4.0的要求,到2009年6月超過20%的PC電源半負載下效率需達到85%；同時超過80%的服務器電源半負載下效率要求達到85%,超過20%的服務器電源半負載下效率需達到89%,時間已經十分緊迫。而到了2010年,更是要求100%的1U/2U服務器電源達到89%的半負載下效率,超過20%的電源達到92%。”(如下圖所示)。

如此看來,在PSU既電源供電單元領域采用更加綠色的方案和設計已經刻不容緩,電源工程師們,你們準備好了嗎？

據Schmidt說,目前很多亞洲電源廠商已在開發瞄準半負載下88%+效率水平的產品,部分甚至在開發90%以上的設計,以趕上那些期限。不僅PC和服務器電源領域,對于沒有明確入市約束的通信和消費電子領域,節能同樣是大家共同最求的目標,據悉一些通信基礎設施廠商已在瞄準90%+的目標做研發,消費類廠商則已基本到80%+的水平,另外待機功耗也在不斷降低,低于歐盟要求已很普遍。

針對以上趨勢,系統設計對電源類半導體的功率密度和效率要求自然不斷增加,諸如英飛凌、ST、IR、TI等大公司和中小電源IC廠商都在不斷推出新技術和新一代產品來滿足這一需求。對于PC和服務器等中低壓應用電源應用,獨立的功率半導體器件主要朝著更低通態電阻(RDSon)和采用實現更大功率密度、降低散熱的新型封裝發展,例如英飛凌科技股份公司剛剛宣布推出的采用SuperSO8和S308 (Shrink SuperSO8)封裝的40V、60V和80V OptiMOS 3 N溝道MOSFET就在本次深圳的中國國際電源展覽會得到了重點展示(如下圖),該小型封裝的無鉛無鹵產品號稱可以提供全球最低的通態電阻(RDSon)。SuperSO8封裝與標準TO(晶體管外形)封裝相比,可使功率密度增大50%,特別是對于服務器開關模式電源的同步整流應用而言。

除了PC和服務器,OptiMOS 3 40V、60V和80V產品也適用于其它需要高效率和功率密度的功率轉換和管理應用,包括眾多產品的SMPS(開關模式電源)、DC/DC轉換器和直流電機驅動器等。這些產品包括家用電器、小型電動車、工業自動化系統、電信設備和電動工具、電動剪草機和風扇等消費類電子設備。

Schmidt還特別指出,采用OptiMOS 3替代現有的DC/DC buck解決方案可獲得超過1%的效率提升；而在AC/DC電源設計上,采用30V到80V的OptiMOS 3替代次級的二極管更可以使整體電源效率提升3%～5%。

作為大功率產品如IGBT的業內領導者,英飛凌最近幾年才進入低壓MOSFET領域,并憑借其OptiMOS系列產品取得了不俗的市場戰績。不久前英飛凌更是獲得了IR公司的DirectFET雙面散熱先進功率管理封裝技術的專利授權,進一步提升了其技術能力,在本次電源展覽會上英飛凌也對少量采用該封裝技術的CanPAK產品進行了展示(據悉OnSemi也已得到IR此先進封裝技術的授權)。

談及未來的技術發展方向,Schmidt表示,MOSFET針對不同客戶和應用,定制化的趨勢將更加明顯,這也是為什么近來中小電源IC廠商業務增長較快的原因(見相關報道小型廠商發展迅速,10大電源管理半導體供應商業績下滑)。隨著各種電子系統越來越趨向小型化和集成化,占據大量空間的PSU部分已經成為一個非常大的負擔,未來將有可能將PFC控制、PWM控制與MOSFET集成到一起,屆時,PSU的設計將變得更加簡單。

作者:馬一丁、趙艷