【導讀】也許是因為最新電源管理技術的相關難題，或是電源管理行業(yè)保守的本質，電源領域的發(fā)展趨勢往往具有很長的生命周期。文中將介紹增長最快速的創(chuàng)新領域：更高的功率密度，智能電源，能量采集，功率密度。
行業(yè)的發(fā)展趨勢往往由無法完全滿足的需求所驅動。無論是時尚業(yè)、娛樂業(yè)、政治界亦或是電源管理領域，都存在這樣的現(xiàn)象。一旦某個發(fā)展趨勢受到公眾的認可，創(chuàng)新的機會也就應運而生了。雖然有些趨勢就像是曇花一現(xiàn)，然而也有一些趨勢卻經(jīng)久不衰。也許是因為最新電源管理技術的相關難題，或者是電源管理行業(yè)保守的本質，電源領域的發(fā)展趨勢往往具有很長的生命周期。但是我們不能僅僅因為行業(yè)中存在一個固有的趨勢就止步不前。當不再有創(chuàng)新的機會時，所謂趨勢也就失去了本質意義；然而，當技術能夠實現(xiàn)新的創(chuàng)新時，一些潛在的趨勢也會被喚醒。趨勢與引導趨勢的技術之間存在著一些差異。
將注意力集中在最重要的3個趨勢上，將見證增長最快速的創(chuàng)新領域：更高的功率密度，智能電源，能量采集，功率密度。
功率密度領域的競爭就像是20世紀80年代的“軍備競賽”，在那時，很多公司花費大量的研發(fā)經(jīng)費來使自己保持領先地位。這些公司竭盡所能地以最小體積的器件來處理最大的功率。然而這一趨勢也帶來了諸多挑戰(zhàn)，如全新的拓撲（無橋功率因數(shù)糾正）、更高的開關頻率，當然也包括功效的提高。在輔助器件方面，也擁有了全新的技術：諸如氮化鎵 （GaN） 和碳化硅 （SiC） 開關器件等寬帶隙 （WBG） 器件。還需要支持面向這一趨勢的生態(tài)系統(tǒng)，其中包括更快速的驅動器和那些能夠管理這些驅動器和開關器件功能的控制器。
具有10ns以下最低脈沖寬度以及更短傳播延遲的器件在實現(xiàn)那些能夠支持更高功率密度發(fā)展趨勢的拓撲方面發(fā)揮了關鍵作用。很多高功率密度演示使用了高性能數(shù)字電源控制器，這些控制器本身不會消耗很多電能，但需要有非常好的邊緣控制以及極快的數(shù)據(jù)轉換器來實現(xiàn)回路控制。此外，它們還需要能夠迅速計算針對下一開關周期響應時間的電路。所以，不難看出，功率密度的重大改進為創(chuàng)新提供了肥沃的土壤。
智能電源
智能電源是一個主要創(chuàng)新趨勢，通過讓系統(tǒng)管理電源子系統(tǒng)來滿足系統(tǒng)效率要求。在過去，電源子系統(tǒng)基本上是自我管理的。根據(jù)系統(tǒng)需求，電源設計人員可以在排序、軟啟動和停止以及故障檢測響應等方面配置電源，但是這些基本都屬于基本配置。目前的系統(tǒng)要求電源子系統(tǒng)和主系統(tǒng)之間更加實時的合作與配合。諸如電源管理總線 （PMBus） 的工業(yè)接口有助于接口和數(shù)據(jù)協(xié)議的標準化，但是在系統(tǒng)與電源配合工作時它才會發(fā)揮真正的優(yōu)勢。在大多數(shù)情況下，系統(tǒng)往往會提前知道何時改變工作模式，而這將要求電源系統(tǒng)的運轉方式作出相應的改變。與電源系統(tǒng)分享這些信息使得電源能夠做適當?shù)捻憫?/div>
當系統(tǒng)與電源子系統(tǒng)能夠以較高的電平進行通信時，將迎來巨大的創(chuàng)新機會。目前的系統(tǒng)使用動態(tài)電壓縮放 （DVS），系統(tǒng)告訴電源子系統(tǒng)改變輸出電壓。雖然這個方法有效，但是能做到的并不僅僅是這些。以更高的電平傳遞更多的信息可以將更豐富的信息提供給多維電源，而這更好地滿足了對響應的需求。混合信號處理技術使設計人員能夠實現(xiàn)最優(yōu)分區(qū)。電源集成電路 （IC） 設計人員能夠將數(shù)字智能器件與最佳模擬電路緊密結合在一起。這使得集成電源轉換器能夠滿足對更加智能電源子系統(tǒng)的需要，以使其可以更加輕松地與主系統(tǒng)配合工作。未來的器件將加快解決總體系統(tǒng)效率的發(fā)展趨勢。
能量采集
能量采集發(fā)展趨勢是實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)（IoT）的主要推動者。很多IoT器件依賴于無線連接方面的創(chuàng)新，但是要想實現(xiàn)真正地高效運轉，這些IoT器件需要采用無線供電方式。電池當然可以為IoT供電，但是在后續(xù)使用中的電池替換會是一個問題。只要能夠提供所需的全部電能，那么從環(huán)境中采集能量將是明智選擇。采集環(huán)境能量為創(chuàng)新提供了很多機會。改進能量采集器的效率是主要的研究領域，但是如何管理這些采集到的能量也同樣重要。環(huán)境中的能量并不一直那么穩(wěn)定，所以必須在能量充足時將能量儲存起來，以備不時之需。為了實現(xiàn)這個目的，能量采集管理單元應該消耗盡可能少的能量。
IoT的另一個問題是，為了最大限度地減少所需總能量，峰值平均功率比往往比較極端，經(jīng)常超過1000比1。能量管理單元需要在保持極低功耗的同時，以極短的延遲時間處理這些請求。也許大家都沒有意識到，數(shù)字電源控制成為流行的電源管理趨勢并在APEC引起熱議已經(jīng)是十年前的事了。這表明數(shù)字電源控制并非全新的趨勢，而是因工藝技術創(chuàng)新而重新煥發(fā)活力。在這場工藝技術創(chuàng)新中，高性能數(shù)字電路可以與高性能模擬電路集成在同一芯片上。我們可以在某些領域應用中發(fā)現(xiàn)相同的情況。例如在IC封裝中以低成本的方式集成高性能無源元件。
很難區(qū)分原因與結果，就像是先有雞還是先有蛋這個問題一樣，很難給出答案。是技術拉開了某個發(fā)展趨勢的序幕，還是一個發(fā)展趨勢催生了一項技術？但有一點是很明顯的，我們不能再坐等創(chuàng)新趨勢了。就像谷歌舉辦的“小盒子挑戰(zhàn)賽”（Little Box Challenge） 所告訴我們的那樣，如果我們不推動行業(yè)創(chuàng)新，那么其他人就會這么做。
