中心議題：

• 電源技術的進展與電源管理的應用

解決方案：

• 數字信號處理器DSP的采用
• 控製手段用微處理器和單片機組成的軟件控製方式

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(jing)確(que)和(he)方(fang)便(bian)地(di)利(li)用(yong)電(dian)能(neng)仍(reng)然(ran)是(shi)人(ren)類(lei)所(suo)麵(mian)臨(lin)的(de)重(zhong)大(da)問(wen)題(ti)。采(cai)用(yong)電(dian)力(li)電(dian)子(zi)技(ji)術(shu)的(de)電(dian)源(yuan)裝(zhuang)置(zhi)給(gei)電(dian)能(neng)的(de)利(li)用(yong)帶(dai)來(lai)了(le)革(ge)命(ming)。在(zai)世(shi)界(jie)範(fan)圍(wei)內(nei)，用(yong)電(dian)總(zong)量(liang)中(zhong)經(jing)過(guo)電(dian)力(li)電(dian)子(zi)裝(zhuang)置(zhi)變(bian)換(huan)和(he)調(tiao)節(jie)的(de)比(bi)例(li)已(yi)經(jing)成(cheng)為(wei)衡(heng)量(liang)用(yong)電(dian)水(shui)平(ping)的(de)重(zhong)要(yao)指(zhi)標(biao)，目(mu)前(qian)全(quan)球(qiu)範(fan)圍(wei)內(nei)該(gai)指(zhi)標(biao)的(de)平(ping)均(jun)數(shu)為(wei)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80niandai
，tichuledianyuanzhizaozhongdianlidianzijichenggainian
，mingquelejichenghuashidianlidianzijishuweilaifazhandefangxiang，shijiejuedianlidianzijishufazhanmianlinzhangaidezuiyouxiwangdechulu。dianyuanjichengdianluzhubuchengweigonglvbandaotiqijianzhongdezhudaoqijian
，badianyuanjishutuixiangledianyuanguanlidexinshidai。dianyuanguanlijichengdianlufenchengdianyatiaozhengqihejiekoudianluliangfangmian。zhengshiyinweizhemeduodejichengdianlu(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
、自動控製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製理論
、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guan問wen世shi，隨sui後hou不bu到dao十shi年nian，晶jing閘zha管guan在zai晶jing體ti管guan漸jian趨qu成cheng熟shu的de基ji礎chu上shang問wen世shi，從cong而er揭jie開kai了le電dian源yuan技ji術shu長chang足zu發fa展zhan序xu幕mu。半ban個ge世shi紀ji以yi來lai，電dian源yuan技ji術shu的de發fa展zhan不bu斷duan創chuang新xin。

1

、高頻變換是電源技術發展的主流

電dian源yuan技ji術shu的de精jing髓sui是shi電dian能neng變bian換huan。利li用yong電dian能neng變bian換huan技ji術shu，將jiang市shi電dian或huo電dian池chi等deng一yi次ci電dian源yuan變bian換huan成cheng適shi合he各ge種zhong用yong電dian對dui象xiang的de二er次ci電dian源yuan。開kai關guan電dian源yuan在zai電dian源yuan技ji術shu中zhong占zhan有you重zhong要yao地di位wei，從cong20kHz發展到高穩定度、大容量、小體積、開(kai)關(guan)頻(pin)率(lv)達(da)兆(zhao)赫(he)茲(zi)的(de)高(gao)頻(pin)開(kai)關(guan)電(dian)源(yuan)，為(wei)高(gao)頻(pin)變(bian)換(huan)提(ti)供(gong)了(le)物(wu)質(zhi)基(ji)礎(chu)
，促(cu)進(jin)了(le)電(dian)源(yuan)技(ji)術(shu)的(de)發(fa)展(zhan)。高(gao)頻(pin)化(hua)帶(dai)來(lai)的(de)最(zui)直(zhi)接(jie)的(de)好(hao)處(chu)是(shi)降(jiang)低(di)原(yuan)材(cai)料(liao)消(xiao)耗(hao)
，電(dian)源(yuan)裝(zhuang)置(zhi)小(xiao)型(xing)化(hua)，提(ti)高(gao)功(gong)率(lv)密(mi)度(du)
，加(jia)快(kuai)係(xi)統(tong)的(de)功(gong)態(tai)響(xiang)應(ying)，進(jin)一(yi)步(bu)提(ti)高(gao)電(dian)源(yuan)裝(zhuang)置(zhi)的(de)效(xiao)率(lv)，有(you)效(xiao)抑(yi)製(zhi)環(huan)境(jing)噪(zao)聲(sheng)汙(wu)染(ran)
，並(bing)使(shi)電(dian)源(yuan)進(jin)入(ru)更(geng)廣(guang)泛(fan)的(de)領(ling)域(yu)，特(te)別(bie)是(shi)高(gao)新(xin)技(ji)術(shu)領(ling)域(yu)
，進(jin)一(yi)步(bu)擴(kuo)展(zhan)了(le)它(ta)的(de)應(ying)用(yong)範(fan)圍(wei)。

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、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、並聯均流

、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)
、超快恢複二極管

、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。並正在研究開發砷化镓(GaAs)
、半導體金剛石、碳化矽(SiC)半導體材料。

4、控製的智能化

控製電路、驅動電路
、保護電路采用集成組件。數字信號處理器DSP的(de)采(cai)用(yong)
，實(shi)現(xian)控(kong)製(zhi)全(quan)數(shu)字(zi)化(hua)。控(kong)製(zhi)手(shou)段(duan)用(yong)微(wei)處(chu)理(li)器(qi)和(he)單(dan)片(pian)機(ji)組(zu)成(cheng)的(de)軟(ruan)件(jian)控(kong)製(zhi)方(fang)式(shi)

，達(da)到(dao)了(le)較(jiao)高(gao)的(de)智(zhi)能(neng)化(hua)程(cheng)度(du)
，並(bing)且(qie)進(jin)一(yi)步(bu)提(ti)高(gao)電(dian)源(yuan)裝(zhuang)置(zhi)的(de)可(ke)靠(kao)性(xing)。

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，並且派生出新的供電體製――分布式供電

，使集中供電單一體製走向多元化。電路集成的進一步發展是做係統集成，將信息傳輸、控製與功率半導體器件全部集成在一起，增加了可靠性。

6
、電源設備的標準規範

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、質量體係等多種標準規範的論證。
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三
、電源管理應用

1

、電源管理

電源技術的發展是以晶閘管 (可控矽)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麵。電壓凋整器包含線性低壓降穩壓器(即LOD)
，以及正
、負輸出係列電路，此外不有脈寬調製(PWM)型xing的de開kai關guan型xing電dian路lu等deng。因yin技ji術shu進jin步bu，集ji成cheng電dian路lu芯xin片pian內nei數shu字zi電dian路lu的de物wu理li尺chi寸cun越yue來lai越yue小xiao，因yin而er工gong作zuo電dian源yuan向xiang低di電dian壓ya發fa展zhan
，一yi係xi列lie新xin型xing電dian壓ya調tiao整zheng器qi應ying運yun而er生sheng。電dian源yuan管guan理li用yong接jie口kou電dian路lu主zhu要yao有you接jie口kou驅qu動dong器qi、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。也正是因為這麼多的集成電路 (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調製IC。內含低電壓控製電路及高壓開關晶體管。

2.2、 DC/DC調製IC。包括升壓/降壓調節器，以及電荷泵。

2.3、功率因數控製PFC預調製 IC。提供具有功率因數校正功能的電源輸入電路。

2.4、脈衝調製或脈幅調製PWM/ PFM控製IC。為脈衝頻率調製和/或脈衝寬度調製控製器
，用於驅動外部開關。

2.5、線性調製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調製管。

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、 熱插板控製IC(免除從工作係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係
，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麵的內容：一方麵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；另一方麵是保護尺寸不變
，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。在電源電路設計方麵，一般待機能耗已經降到1W以下，並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製造工藝技術及在低功耗電路設計方麵的突破。

越來越多的係統會需要多輸出穩壓器。例如帶多輸出和電源通路控製的鋰離子充電電池，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
，包括從電源控製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電視機和麵板

、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(xiang)位(wei)和(he)波(bo)形(xing)等(deng)基(ji)本(ben)參(can)數(shu)的(de)變(bian)換(huan)與(yu)控(kong)製(zhi)相(xiang)關(guan)。電(dian)源(yuan)技(ji)術(shu)能(neng)夠(gou)實(shi)現(xian)對(dui)這(zhe)些(xie)參(can)數(shu)的(de)精(jing)確(que)控(kong)製(zhi)和(he)高(gao)效(xiao)率(lv)的(de)處(chu)理(li)，特(te)別(bie)是(shi)能(neng)夠(gou)實(shi)現(xian)大(da)功(gong)率(lv)電(dian)能(neng)的(de)頻(pin)率(lv)變(bian)換(huan)
，從(cong)而(er)為(wei)多(duo)項(xiang)高(gao)新(xin)技(ji)術(shu)的(de)發(fa)展(zhan)提(ti)供(gong)了(le)有(you)力(li)的(de)支(zhi)持(chi)。電(dian)源(yuan)集(ji)成(cheng)電(dian)路(lu)的(de)發(fa)展(zhan)

，把(ba)電(dian)源(yuan)技(ji)術(shu)推(tui)向(xiang)了(le)電(dian)源(yuan)管(guan)理(li)的(de)新(xin)時(shi)代(dai)。電(dian)源(yuan)技(ji)術(shu)及(ji)其(qi)產(chan)業(ye)的(de)進(jin)―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，並為現代生產和現代生活帶來深遠的影響。