电源技术范文

导语：如何才能写好一篇电源技术，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

篇1

---当今的大多数电子产品（从手持式消费电子设备到庞大的电信系统）都需要使用多个电源电压。电源电压数目的增加带来了一项设计难题，即需要对电源的相对上电和断电特性进行控制，以消除数字系统遭受损坏或发生闭锁的可能性。

---微处理器、FPGA和ASIC在上电和断电期间通常要求内核与I/O电压之间具有某种特定的关系，而这种关系在实际操作中是很难控制的，尤其是当电源的数目较多的时候。当不同类型的电源（模块、开关稳压器和负载点转换器）混合使用时，该问题会进一步复杂化。最简单的解决方案就是将电源按序排列，但是，在某些场合，这种做法是不足够的。一种更受青睐而且往往是强制性的解决方案是使各个电源在上电和断电期间彼此跟踪。 电源排序

---简单地按某种预先确定的顺序来接通或关断电源的做法一般被称为“排序”。排序通常能够通过采用电源监控器或简单的数字逻辑电路来控制电源的接通/关断（或RUN/SS）引脚而得以实现。图1a和1b示出了采用一个LTC2902四通道电源监控器来对4个电源进行排序的情形。

---不幸的是，单靠排序有时是不够的。许多数字IC都在其I/O和内核电源之间规定了一个最大电压差，一旦它被超过则IC将会受损。在这些场合，对应的解决方案是使电源电压彼此跟踪。

电源跟踪

---排序只是简单地规定了电源斜坡上升或斜坡下降的顺序，并且假定每个电源都在下一个电源开始变化之前转换。电源跟踪可确保电源之间的关系在整个上电和断电过程中都是可以预测。

---图2示出了三种不同的电源跟踪形式。最常见是重合跟踪（见图2a），此时，各电压在达到其调节值之前是相等的。当采用偏移跟踪时（见图2b），各电压以相同的速率斜坡上升，但被预先设定的电压偏移或延时所分离。最后，当采用比例制跟踪时（见图2c），各电压同时开始斜坡上升，但速率不同。

---实际上，随着设计精细等级的不断提升，能够使各电源相互跟踪。三种最常见的方法是（1）在电源之间采用钳位二极管；（2）布设与输出端串联的MOSFET；（3）利用反馈网络来控制输出。

---如欲将各电源之间的电压差保持在一个或两个二极管压降之内，则可在电源轨之间采用钳位二极管或晶体管，这种解决方案虽然粗暴，但却简单（见图3）。在低电流条件下，该技术会是有效的，然而在高电流水平时，采用这种方法的后果则可能是灾难性。同步开关电源能够供应和吸收大量的电流。如果电压较高的电源斜坡上升速率高于电压较低的电源，则二极管或FET将接通，以便对电压较低的电源进行上拉操作。电压较低的电源将因此而吸收较多的电流，从而会有巨大的电流流过。这有可能导致电源超过容许的电压差，甚至引发器件故障。完全依靠二极管或FET钳位来实现跟踪功能并非最佳的解决方案。

---另一种跟踪解决方案是在电源的输出端与负载之间布设串联MOSFET。在图4中，一个LTC2921跟踪三个电源。当首次施加电源时，MOSFET被关断且电源被允许以其自然速率斜坡上升。当电压稳定下来之后，MOSFET被同时接通，使得负载上的电压相互跟踪。这种技术需要用于驱动MOSFET和监视电源电压的电路，而且，当电流水平上升时，MOSFET中的压降和功耗便成为了一个问题。此外，这种拓扑结构还因为每个电源上的负载电容和负载电流可能有所不同的缘故，而使得电压的同步斜坡下降比较难以实现。

---第三种方法是利用反馈网络来调节输出电压，以此来使电源相互跟踪。最简单的实现方法是将电流注入电源的反馈节点。在图5中，一个LTC2923跟踪两个电源。生成了一个主斜坡，而且电路被连接至其他从属电源的误差放大器反馈节点，从而使其输出跟随该主斜坡。该电路还使得电压能够一同斜坡下降。该技术是最精巧的，因为它不需要采用串联MOSFET或钳位二极管。然而，并不是所有的电源都具有可以使用的反馈节点，而且，虽然许多电源模块都具有一个修整引脚，但是一般来说输出电压只能在一个很小的范围内调节。因此，大多数实际解决方案均要求采用了上述几类技术的某种组合。

设计实例

---图6中的电路在利用3.3V电源生成2.5V和1.8V电源的情况下实现了电源跟踪。在本例中采用了LTC2923，3.3V电源受控于一个N沟道MOSFET，而2.5V和1.8V DC/DC转换器则是通过其反馈节点得以控制的。

---当3.3V输入电源接通时，晶体管Q1和两个DC/DC转换器被保持在关断状态。当3.3V输入上升（利用电阻器RONA和RONB在ON引脚上进行检测）之后，Q1的栅极由一个内部充电泵缓慢地接通。由于Q1被配置为一个N沟道源极跟随器，因此，RAMP引脚电平开始上升，并提供用于系统的主电压斜坡。

---当针对重合跟踪来对TRACK1和TRACK2引脚上的电阻器进行配置时，电流被强迫流入或流出DC/DC转换器反馈节点，这样其输出将跟踪RAMP引脚电平的变化。图2a中的示波器扫迹便是采用该电路生成的。

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--一旦达到最终电压，LTC2923的FB1和FB2引脚将呈高阻抗状态。如果ON引脚被一个漏极开路逻辑器件拉至低电平，则输出将尾随降至低电平。通过改变与TRACK1和TRACK2引脚相连的电阻器阻值，可使同一个电路进行比例制跟踪或偏移跟踪模式的斜坡上升。图2b和2c中给出的示波器扫迹便是以这种方式生成的。另一种电阻器选择能够采用3.3V电源作为基准电压斜坡来对1.8V和2.5V电源进行排序（见图7）。对于需要三个以上电源的系统，可通过RAMP引脚对多个LTC2923控制器进行菊链式连接，以便控制数目不限的电源。

---当不能使用DC/DC转换器模块的反馈节点时，可采用串联MOSFET来对电源进行跟踪。图8a中的电路采用LTC2922来跟踪三个电源。图8b示出了该电路的输出。当首次施加电源时，串联MOSFET被关断，且5V、3.3V和2.5V电源被允许上电。当电压稳定后，MOSFET被接通，输出电压一起上电。当输出电压达到其终值时，内部开关从输出端回接至模块上的正检测引脚。这将迫使模块对MOSFET的负载侧进行调节，以补偿FET两端的压降。采用一个检测电阻器来提供电路断路器功能，以保护主电源免遭短路故障的损坏，而一个电源良好（Power Good）引脚用于指示跟踪已完成。

篇2

冗余电源是高可用系统中的关键组件。在最简单的解决方案中，两个电源可以采用二极管来驱动负载以共同为输出供电。这样，这两个电源既可以共同为负载供电，也可以一个工作，一个备用。场效应晶体管(FET)ORing控制器是一款更实用的解决方案，因为它避免了二极管电压降、功率损耗以及热损耗。因此可以用低电压损耗MOSFET来实现更具创新性且经济的系统。本文将讨论几个服务器冗余电源配置的示例。

服务器的冗余电源技术

高可用系统的电源总线可采用OR或N+1配置，也可以两者同时采用。一般来说，在低电压、高电流的应用中不采用二极管，因为存在正向压降及由此带来的热损耗，更倾向于采用FET ORing技术。然而，采用集成和分立设计的MOSFET控制器各有很多不足之处。

MOSFET两端的差分电压为VAC，如图1所示，由控制器进行监控，控制器根据VAC来设置MOSFET的栅极电压。MOSFET开启和关闭的实际开关点电压以及控制的方法和速度决定控制器成功模拟二极管的性能和稳定性。

TPS2410控制器的设计旨在专用于服务器应用，而服务器的负载通常为一个低电压、相对恒定的高电流，不允许出现流向失效电源的反向电流。下面我们将讨论一些有关冗余电源配置的示例。示例中采用图1所示的带方框的二级管符号来表示N沟道MOSFET及控制器的简图。

OR配置

图2为电源的一种简单的ORing配置。通常，在刀片服务器上的主电源总线为+12V。对于其它电源而言，甚至包括CPU的内核电压(通常只有0.8V～1.8V)，OR布线同样如此。计算机内核电压太低，无法使用二极管。

这个例子中的组件位置没有标出。设计人员可以把系统分区然后在电源或刀片服务器上找到ORing电路。

并联MOSFET

控制器的栅极关断电流足以驱动多个MOSFET栅极。对于高电流应用而言，MOSFET可采取并联和背靠背的方式连接以去除MOSFET主体二极管效应。以并联方式接入的MOSFET在相同部件号的器件之间有细微的参数上的区别。在并联工作时，它们的负载会出现不均衡，且这种不均衡在开启时比在恒定状态时更明显。通常，一个MOSFET承载大部分的启动电流。此处只考虑通常选用MOSFET的因素，但是对于并联的MOSFET，则需要查询MOSFET规范中的安全工作区(sOA)，确定单个MOSFET能支持几十微秒的负载。

背靠背MOSFET

TPS2410控制器的功能超越了基本的ORing功能，具有欠压和过压保护功能，而诸如TPS2412的简单控制器只提供基本的ORing功能。将检测过压的ORing控制器和背靠背MOSFET配置在一起使用会让我们受益非浅。当检测到过压情况后，控制器会关闭MOSFET栅极，且PG信号为FALSE以表明出现了过压的情况。如果过压高于正向主体二极管电压，则电源将不断向负载提供更高的电压。PG输出会发出信号使系统的电源控制器关闭失效的电源。背靠背MOSFET确保了控制器一旦检测到过压情况就立刻关闭输出。

电源到电源总线

该控制器可以对电源到电源总线之间的热插拔事件进行管理。无论电源或总线处于什么状态，电源都可以热插拔到电源总线上。当电源从电源总线上热拔时，控制器会将MOSFET输入端的电压调至OV，从而尽可能地把的连接器引脚电压降至安全范围。要求在MOSFET两端具有一个负电压的控制器继续驱动栅极以使其保持开启状态，而负载电压则通过MOSFET被反射到输入连接器引脚之上。

电源总线到负载

像TPS2490这样的热插拔控制器应该用在电源总线和刀片服务器之间。当刀片服务器被热插拔时，输入端的大容值电容先放电并产生很高的浪涌电流，浪涌电流会损坏总线连接器和电路板，进而产生影响系统其它电子组件的短暂的压降。热插拔控制器可以管理浪涌电流并在稳定的状态下发挥高速电路断路器的作用，以保护系统组件，还可以防止其它操作软件出现故障。

N+1配置

N+1布线和图2中的OR布线一样，但至少有3个电源接入总线。这一概念可扩展到任何N个电源，并由第N+1个额外电源作为冗余电源。这种N+I的组合电源比OR更经济。有了ORing以后，需要使用两个大电源，因为每个电源必须能够在其它电源故障时为最大负载供电。这些电源在正常运转情况下可能会共同为负载供电，但这不是必须的。通常，N+1个电源的设计负载为总负载电流的N分之一。这样，在一个电源故障的时候其余的可以继续供电。如果将N+1个电源的输出电压调节得非常接近，那么在大电流应用中就会出现负载共享。和ORing一样，电源可以热插拔。

与OR相比，N+1个电源更经济实惠，因为N+1个电源总线具有可扩展性。为了最大限度降低系统电源的成本，当负载增加时，我们可以添加电源。较低电流的电源可以不需要并联的MOSFET。

N+1个电源总线的OR

假设刀片服务器背板的配置为OR(两组N+1总线)，如图3所示，每个刀片服务器由A、B总线共同供电，这两个电源总线由N+1个电源组成。这些刀片服务器的总线即为OR型。

请注意供电的拓扑结构。刀片服务器与电源连接的物理位置对电源总线的平均电压提出了更高的要求，这有助于负载共享。在这个示例中，刀片服务器1主要由总线A供电，而刀片服务器M主要由总线B供电。这样，与负载共享解决方案相比较，冗余热插拔电源解决方案的成本更低。这种电源分配方案对其它背板负载具有很重要的实际意义，如存储子系统中的磁盘驱动器。

为满足这些服务器的要求，控制器必须要具备如下功能：

1　正关闭阈值电压功能。该功能确保没有流向失效电源的反向电流，并确保对一个电源进行热拔时电源总线的输入终端没有电压。

2　线性栅极控制功能。该功能是首要的，因为在电源转换时可以保证稳定性。具有开关控制功能的控制器不允许有反向电流流向电源，该控制器在状态转变时会出现振荡。

3　为了驱动并联或背靠背的MOSFET并保证快速关机时间，栅极关闭电流必须高于2A。快速关机时间对于防止在检测到快速关机阈值后反向电流流向电源现象的发生至关重要。

4　独立器件具有内部充电泵，不需要辅助支持组件且占用的电路板面积非常小。

5　与系统电源控制器配合工作的欠压、过压保护以及一般状态输出功能，以保持电源总线。

篇3

关键词 LED 设计 技术

中图分类号： TN312 文献标识码：A

LED电源的要求主要有：高效率、小尺寸，以及可以调节LED亮度。当我们选择一个标准功率时，必须有高效率的升压转换器。在本文中，我们用白光LED为例进行了讨论，并探讨其对电力的需求。

以大功率白光LED为例，其主要要求是，高效率的整体解决方案，其有重要的EMI（电磁干扰）性能。

锂离子电池的电压范围在2.7V～4.2V之间。主要任务是提供白色LED和一个典型的正向电压为3.5V的恒定电流。

与电荷泵的解决方案相比，升压转换器，可以实现更高的效率，开关电容器和升压转换器，用于驱动白色LED的电源拓扑。这两种解决方案提供更高的输出和输入电压。其主要的差别是，转换增益M = Vout / Vin和增益效率将直接影响转换增益。

一个真正的电压电荷泵具有非常低的效率（例如低至40%），其增益（增益为1.0和1.5）的组合可转换出更好的结果。这样一个电荷泵从增益M = 1.0 M = 1.5的转换点转换，这是因为增益转换效率将下降到60%的范围内。降低（转化率）运行时，电池正常的时间效率，整体效率将会降低。因此，当转换发生在低电池电压3.5V附近时，可以实现高效率。然而，在转变点的压降取决于LED的正向电压时，LED电流，电荷泵I2R损耗。这些参数将被转换到更高的电池电压。因此，在特定的系统中，操作电荷泵必须十分小心。

如果使用的是一款升压转换器，则屏蔽电感器将拥有一个更为有力的磁场，从而实现更好的EMI性能。应对转换器的转换频率加以选择，以最小化所有对该系统无线部分产生的干扰。PCB布局将对EMI产生重大影响，尤其将要承载开关或AC电流的EMI放射。

粗线应先完成布线，且必须使用一个星形接地或接地层以最小化噪声。输入和输出电容应为低ESR陶瓷电容以最小化输入和输出电压纹波。

结论：在大多数应用中，与充电泵相比，升压转换器显示出了更高的效率。使用一个升压转换器（其电感大小与1210外壳尺寸一样）降低了充电泵的优势。

总之，对于许多系统而言，尤其在器件拥有一个从1.0到1.5的灵活转换增益的时候，充电泵解决方案将是一个不错的解决方案。在稍微高于LED正向电压处发生从1.0到1.5的转换增益时，这样一个解决方案将实现绝佳的效率。在为每个应用选择升压转换器或充电泵解决方案时，需要充分考虑便携式系统的要求。如果效率是主要要求，则升压转换器将为更适宜的选择。

参考文献

[1] 关积珍.LED显示屏发展综述.国际光电与显示.2001.（11）：177-182.

篇4

将燃料电池与蓄电池、超级电容或其他电能储存装置集成在一起构成混合电源，能够解决很多动态供电与发热的问题。但是，这种方案本身也具有电源管理方面的问题。

混合电源

在本文所讨论的电源架构中，我们称燃料电池与蓄电池的组合结构为混合(电源)系统。这种架构广泛应用于多种燃料电池和蓄电池，并取代了诸如超电容或超级电容之类的储电装置。但是，每种混合电源实现方案都是经过专门设计的，以满足所选择的燃料电池和蓄电池的独特需求。

混合电源系统主要的组件包括燃料电池、燃料盒、蓄电池、系统负荷、直流输入电源和电源控制器(见图1)。燃料电池与蓄电池的结合称为混合电源(HPS)。

上述系统在使用的不同阶段，能够用做三种能源和两种负载。当该系统没有插接直流电源时，燃料电池和/或蓄电池的组合结构能够为系统负载供电。另外，当直流电源不存在时，燃料电池还能够对蓄电池进行充电，以尽可能地增强电源断电末期(end-of-power-shutdown)的性能，或者实现更好的系统动态电源响应特性。当直流电源可用时，它既对蓄电池进行充电也对系统负载进行供电。

对于这种复杂的结构，我们必须对系统的电源通路管理进行精确控制，以确保系统负载的运行总是能够满足终端用户的使用要求。关键的控制时机是当可用的电量降低到一定的水平时，这时电源无法再为系统负载供电，导致了受限的使用配置，甚至执行了受控的关机操作。

为了实现这种精确的控制，电源控制器必须能够检测多种因素以产生有效电量和总有效电量峰值等关键数据。这些关键数据的定义如下：有效电量峰值定义为混合电源在一定的短期时间内能够提供的电量，例如DVD机启动或关机时光盘操作所需的电量。峰值周期取决于终端设备的负载分布特征。总有效电量定义为混合电源能够提供的总电量，它与放电比率无关。

系统监测

利用目前市场上供应的标准燃料计可以对蓄电池进行监测，例如使用bq20z75监测两组、三组或四组串联结构的锂离子电池，或者使用bq27210监测单组串联的锂电池。这些监测方案能够为电源控制器提供所需的电压、电流、温度、电荷状态等数据。

蓄电池监测系统通过I2C、SMBus或HDQ之类的数据总线实现与电源控制器连接。通过这种接口方式，电源控制器能够获得非常精确的电池电荷状态(SOC)，以确保在充放电的过程中都能够安全使用电池。

对燃料电池和燃料盒的监测更具挑战性。燃料盒内可用燃料的种类和数量，以及燃料电池的当前与平均效率都是监测燃料电池有效电量需要考虑的因素。

在很多情况下，燃料盒是系统特有的装置，因此燃料的类型数据可以保存在电源控制器中。在其他一些电池监测系统的实现方案中，我们需要提供存储在燃料盒内燃料的数据，并通过类似的接口总线传给电源控制器。

具有数据存储功能的燃料盒实现方案中，最好的方法是通过电源控制器或者燃料加注系统将测量出的剩余燃料数据写回到燃料盒中。但是这种方法可能只适用于燃料盒能够取出并重新插入的电源系统。

除了燃料盒的燃料数据之外，对于燃料电池还需要监测其他一些参数，包括温度、燃料注入速率、输出电压和输出电流。这些参数用于计算燃料电池的当前效率。比如，通过温度参数可以判断出燃料电池当前是否处于最佳工作状态。

此外，我们还需要测量直流电源和系统的负载功率等数据。通过这些数据以及来自于监测子系统的数据，我们就可以计算出总有效电量和峰值有效电量的值。终端设备的有效运行时间取决于这四个因素。

在分析电源断电末期的特性时，燃料电池功率输出的响应能力和蓄电池的尺寸也会带来新的问题。这需要进一步了解有关知识。

预测HPS运行时间

蓄电池和燃料电池监测子系统能够为主系统提供总电量和峰值电量的数据，使主系统能够判断各种所需的用户数据。在这个实例结构中，我们采用了一个电源控制器，它具有多种优点。主要优点之一就是能够管理数据和子系统，使得混合电源在使用过程中就好像一个标准的蓄电池电源一样。

电源控制器负责接收监测数据并管理蓄电池的使用过程，在HPS的预期寿命期内发挥最高的性能。这对于两个方面特别有利。

通过燃料电池对蓄电池进行充电，即使在没有直流电源的情况下，也能够确保峰值有效电量处于最佳的水平。

管理电池的电荷状态(SOC)，从而尽可能地提高这一结构的可用性。

对SOC特性的管理与当前大多数便携式应用中使用电池的方式是相背离的。一般而言，蓄电池是唯一的无线电源，所以它必须为主系统提供所有的电能。因此，蓄电池应该安全地存储尽可能多的电能，最终实现最长的系统运行时间。同样，蓄电池的充电时间也是至关重要的，充电时间越短越好。

我们可以在蓄电池的充电时间和寿命之间进行权衡，但是这在目前的消费产品中并不常见。对于HPS而言，这两个使用动力不起作用，因此采用电源控制器可以在蓄电池与燃料电池两者的最佳状态之间实现更好的平衡。理想情况下，HPS中的蓄电池能够在整个HPS寿命期限内持续工作，不需要更换。为了实现这一目标，电源控制器可以提供蓄电池充电管理功能，例如在较低的电压下充电，采用较慢的速率充电，以及对充电电压/速率进行温度补偿。电源控制器通过调节电池的充电电流，能够确保当连接系统负载时有足够的直流电源供电。

最近推出的智能电池数据集(SBDS)补遗将燃料电池的数据添加到现有的支持蓄电池的数据集中，使主机能够访问，从而控制燃料电池和蓄电池的使用过程。采用电源控制器之后，能够处理复杂的HPS功能，根据SBDS燃料电池附加内容能够帮助主系统更有效地使用HPS。

增加燃料电池和蓄电池的总有效电量，能够使主系统实现有效运行时间指示、剩余时间报警(RTA)，或剩余容量/电量报警(RCA)等基本功能。

预测运行时间的公式如下所示：AtRateTimeToEmpty(ARTTE)＝总有效电量/AtRate()

根据这一公式，主系统能够根据其掌握的用户操作意图判断有效运行时间，例如播放DVD，或者启动系统诊断。如果主系统能够进一步掌握在不同模式和不同程序下的能耗情况，那就更好了。

受控式断电与HPS运行时间的最大化

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今日电子：请您谈谈对2008年全球电源管理市场的看法?2008年的中国电源管理市场又是怎样的情况?

凌力尔特公司电源产品部产品市场总监TonyArmstrong：就半导体和电子产品而言，不管在哪里，2008年都将因两极分化而留在人们的记忆中。回顾2008年，看看哪些事情做对了、哪些事情没有按计划进行、哪些是我们无法控制的，这是很有用的。

就凌力尔特公司而言，我们在2005年就预测，对消费电子产品的需求不可能继续快速增长。当时，我们不知道这个泡沫何时破灭，但是2008年后期问题确实发生了。目前的经济动荡是全球性事件，没有哪一个市场或大陆可以幸免。在这种环境中，人们在支出方面出现了巨大变化，消费市场正在经历巨变。而凌力尔特公司已经逐步减轻了对消费电子产品的依赖，在这一市场的销售收入仅占我们总体销售收入很小的一部分。

也是在几年前，我们预测，汽车中的电子产品会稳步增加，混合型和全电动汽车进一步促进了这种增长。不过，我们没有预料到引起消费信贷枯竭的金融危机，这导致新车销售萎缩。展望未来，汽车中的电子产品将继续大幅增加，而且随着时间推移，全球汽车市场将反弹。

安森美半导体公司汽车及电源产品部高级副总裁兼总经理Andy Williams：2008年电源管理市场保持着强劲的势头，直至下半年因全球经济受金融危机大幅影响而有变化。

很明显，自2008年9月终端消费需求开始下降之后，电源管理市场就开始减缓。然而，我们看到，在这之前，笔记本电脑、手机和液晶电视的增长势头都很好。在2008年上半年，这些产品的需求非常稳定，产品型号的更新换代也非常明显。对这些墙式插座供电或充电的产品来说，人们对更高能效的需求很大程度上推动了电源管理器件的发展。在去年上半年，随着石油、天然气及其他能源价格的飙升，能源变成了更加珍贵的日用品，这使得高能效电源管理与日重要。

美信公司便携式消费产品事业部总监Tony Lai：我主要负责手持消费电子产品，包括了普通手机和智能手机，这个市场在2008年第四季度之前都是健康增长的。针对此市场，我们在2008年主推不以牺牲可靠性和性能为代价的高集成度、小体积解决方案。众所周知，智能手机非常消耗电池电量。为此，芯片组提供商通过增加动态电压管理功能来降低CPU核心电压。而手持设备制造商则将电源轨分割成不同的功能区以便能增强灵活性和节能性。这些，都需要高性能电源管理解决方案的支持。

智能手机曾是北美和欧洲手机制造商手中的珍宝。但几个智能手机制造商在2008年尝试转型，他们不再做OEM，有的开始自有品牌建设，技术积累较多的则转型为ODM。他们过去只青睐分立式LDO、DC／DC和LED驱动器。但是在2008年末，他们开始转向使用电源管理芯片。

今日电子：半导体行业在2009年的整体市场前景不甚乐观，请问贵公司对2009年的电源管理市场有何看法?会采取什么策略?

Tony Armstrong：无论目前的市场情况看起来多么无望，半导体市场仍将继续存在，这一市场未来将继续增长。这个观念必须成为公司在这种具有挑战性的时期管理业务的指导原则。近期，公司需要对市场现实做出反应，调整产出和支出以适应目前的销售预测。

在这种时期，我们的客户也许降低产出，但是将继续投资新产品和新产品开发。创新将给半导体市场带来增长，尤其是模拟半导体市场。就推出新产品、成为产品最先上市的公司并拥有以新兴增长市场为目标的产品而言，现在是最佳时机。

凌力尔特公司感兴趣的关键增长市场包括：

汽车――目前，所有汽车制造商都在经历销售下滑并正在采取行动降低产出和支出。但是也有很多汽车公司有积极的开发计划，他们将大幅增加新车中的电子产品。他们预测，在未来几年，汽车电子产品将增长2～3倍。这意味着，电子产品销售将继续增长，而不受每年销售的汽车数量的影响。

因此，我们将保持当前的发展方向不变，继续向汽车领域提供新产品和销售工程支持。此外，世界上每一个主要汽车制造商现在都在研究混合型汽车，这类汽车中将增加更多电子产品。我们已经推出并正在开发面向这一市场的产品。

绿色增长市场――任何以节能或能量获取与保存为目标的产品都将有增长机会，而且不受当前市场情况的影响。能量成本和对环境的关注以及需要延长移动设备的电池寿命已引起对多种应用电源优化的关注。我们的高效率能量转换产品使客户能够更高效率地转换电能、消耗更低的功率并延长电池寿命。

通信基础设施――无线系统的激增在用于无线和网络基础设施的产品方面继续为凌力尔特公司带来极大的市场机会。我们的高速数据转换器和高频产品为下一代蜂窝基站而设计，热插拔和以太网供电产品在网络系统中继续得到大量采用。

工业市场――广阔的工业市场继续提供一个可靠的业务核心。尽管这个市场预期不会像其他一些增长市场增长得那么快，但是工业市场有点更加不受市场波动的影响。

凭借创新性产品和专注的战略，我预期，凌力尔特公司的增长速度将继续高于模拟半导体市场的整体增长速度。业界分析师现在预计，半导体行业增长将放缓。但是最新数字仍然提供了乐观的理由。WFTS的目前市场增长数字显示，估计2008年达到376亿美元的模拟IC市场到2011年将增长到407亿美元。

最后，我认为，凌力尔特公司的客户战略、市场和地域多样化也将成为防止受目前市场状况影响的方法，并为未来的销售收入增长提供了一个渠道。

Andy Williams：我们确实同意2009将是难以预测的一年，对于半导体市场而言，即便是最乐观的预测，也是在颇低水平。积极地看，电源管理产品几乎适用于电子产业的所有领域，所以，好消息是我们不会看到电源管理市场依赖于任何单一市场的成功或是下滑。因此，就像分散投资一样，我们可能看到电源管理市场会有更好的投资回报。

我们认为，总体的消费需求在2009年将持续谨慎和缺乏生气。世界各地的消费者及产业将会恰如所需地消费。我们不预期酌情式或“想要式”消费的需求会增加。然而，我们看到越来越明显的趋势，那就是消费者会购买更高能效的终端产品。能源使用已成为终端产品成本结构中更重要的考量，因此，最高能效产品会持续受到重视及拓展，例如 手机、笔记本电脑、上网本(Netbook)等便携产品将继续注重电池寿命。

在汽车市场，我们将不断看到混合动力及电动汽车在2009年会极加速的发展。尽管能源成本下降，但我们认为这个趋势将是短期性的。未来几年随着垒球经济的复苏，能源成本将继续提升。这种更长期的趋势将为汽车制造商提供机遇，让他们领先于需求曲线，更着重设计及生产能效更高的汽车。无污染(或降低污染的)汽车也将是更长期的趋势。这些趋势将不断推动研发更长使用时间的电池，并增加汽车中的电子成分。随着汽车变得更轻更高效，汽车中的电子成分将激增。

安森美半导体在高能效带动的电源管理领域拥有极佳的优势地位。我们不断开发注重节电及节能的产品，以用于计算、消费、汽车和照明等市场。我们的策略是在自己的重点市场，持续与该等领域中世界最多产的客户合作，推出采用我们半导体元器件的最创新解决方案。

凭借推出领先的技术，同时审慎地管理我们的业务，我们期望可把全球经济对我们业务的影响减至最低，并扩大我们的市场份额。

Tony Lai：确实，整个市场在下滑。但是Maxim公司依然在技术，产品性能和产能上保持领先。Maxim公司会继续提供满足高端和低端手机电源管理需求的高集成度、高性能产品。通过产品的差异化，Maxim公司会帮助关键手机制造商赢得市场份额。

今日电子：LED在最近几年取得了非常大的成功，您认为LED驱动器技术在2009年会有突破吗?贵公司在这方面有什么打算?

Tony Armstrong：就LED应用而言，2008年对很多模拟IC供应商的主流业务来说是关键的一年。在这一年中，LED本身满足了一些关键性能标准的要求，这将导致对LED驱动器集成电路需求的极大增长，LED驱动器集成电路是在各种最终应用中为LED供电所必需的器件。

通过研究几种将促进LED驱动器IC从目前的萌芽阶段进入加速增长阶段的因素，可以发现，LED将迅速成为一种主流照明源。汽车照明、LED光输出、LED成本因素和它们作为白炽灯替代物的潜在用途是这些主要驱动因素中的4种。以下将更详细地说明这4种因素。

汽车前灯――奥迪是第一个在汽车中使用LED前灯的汽车制造商。其组装中含有两个低光束前灯(作为主要功能)，是由两个LED阵列组成，每个都有4个有源组件。就高光束前灯而言，一个由4个LED组成的阵列位于邻近低光束阵列的地方。在1A电流时，每个LED阵列都实现了600Lm的光通量。这种组装作为选项提供给2008车型中的R8豪华跑车。不过，大众、雷克萨斯和凯迪拉克在2009车型中都已提供了这种LED前灯。

LED光输出――大功率LED的光输出已经达到了100Lm／W这个具有里程碑意义的关键数字，而有些制造商称自己已经达到120Lm／W。这意味着，就能量转换效率而言，LED现在已经超过了CFL(80Lm／W)。人们进一步预测，到2012年，LED将达到150Lm／W输出。此外，考虑到目前对“绿色”的关注，LED不像CFL那样含有任何有害材料。

这具有重要意义，因为美国能源部已经宣布，照明消耗22％的美国发电量。广泛使用LED照明可以将这种消耗降低一半。我们可以这样正确理解这一点：到2027年，LED照明能减少的年度能量使用量相当于5亿桶石油，同时还伴随着二氧化碳排放量的降低。

LED成本因素――LED照明的成本已经非常迅速地下降了。Polybrite(一家采用LED技术的照明产品领先制造商)指出：在过去的12个月里，个别白光二极管的价格已经从8美元降至1.50美元。该公司进一步预测，到2009年的某个时间，取代白炽灯的LED灯价格将达到消费者可以接受的水平。

LED可以取代白炽灯――Cree(一家北美芯片制造商，其芯片用在很多不同中至大功率的LED中)声称已经设计出了一种发光芯片，能使LED灯产生可与美国家庭广泛使用的75W白炽灯相比较的光。为了能输出这么强的光，这种LED芯片需要4A电流。

安森美半导体Catalyst产品部市场营销副总裁Scott Brown：LED得以再走向成功，是因为它们能够以极少的电能消耗输出最强的光，所以LED是当前市场上最高效的照明元件。我们预期LED在标志、背光、通用及汽车照明等领域继续扩展其应用空间。随着应用范围及实际使用的扩张，成本一般会随着经济规模性而下降。一旦成本下降，应用会持续扩展。这对所有创新元器件及产品而言，都是激动人心的增长周期。LED将可能应用于几乎所有基于照明的应用。相应地，安森美半导体将继续支持LED电源管理应用，生产多样化的元件驱动LED及调光。我们的产品也将着重于LED的终端使用及应用，使我们能够开发结合现有及未来产品的解决方案。

我们预计流明每瓦数不断提升的LED技术在2009年将继续向前推进。安森美半导体的策略是扩充已有的LED驱动器产品阵容(包括电荷泵型及电感型驱动器)，使我们能够满足宽广市场范围的客户需求，从小型显示屏和便携设备到大型显示屏背光，以及通用、照明、汽车照明和标志等，不一而足。

此外，3G手机毫无疑问会使得互连网接入业务不断扩张，而这会驱使触摸屏3G手机的更普及。这些较大的屏幕需要更多的LED电源来为它们背光，而当用于浏览互联网或播放媒体文档时，还需要保持较长时间段的背光。这意味着它们需要极高能效的LED背光。安森美半导体屡获殊菜的四模(Quad-Mode)LED驱动器仍是当今市场上背光应用的最高效、最高性价比的电荷泵型驱动器。我们的策略之一就是以这极高效率的解决方案来配合3G市场的发展。

Tony Lai：Maxim公司有高性能的电荷泵和电感式升压LED驱动器。我们认为，2009年便携消费市场最明显的趋势就是：更大的显示器(多背光电源导致高效率需求)，智能化显示屏(需要多功能和智能特性)，更高的拍摄图像质量(需要更大亮度的相机闪光灯)。

今日电子：对中国市场来说，2009年是3G通信元年，有关这方面的电源管理产品需求也会加大。请谈谈贵公司在这方面的策略。 Tony Armstrong：在很多3G基站中，空间和冷却设备很有限。因此，就任何POL转换器而言，既紧凑、高效又具有低静态电流以满足新的“绿色”标准要求是极端重要的。此外，很多微处理器和数字信号处理器都需要一个内核电源和一个I／O电源，这些电源在启动时必须排序。设计师必须考虑在加电和断电操作时，内核和I／O电压源的相对电压和时序，以满足制造商的性能规格 要求。

此外，功率密度给电源设计师带来了新的重大挑战。一般情况下，要求这些设计师实现高于90％的转换效率，以限制电源中的功耗量和温度上升。因此，一个设计的热性能尤其重要。另外，这些电源必须具有卓越的输出纹波和瞬态响应，同时限制所需的外部电容量，以减小电源设计的总体尺寸。

自20世纪90年代中期开始，凌力尔特公司一直在生产既具有高效率转换又具有低静态电流的电源管理IC。凌力尔特公司在很多电源管理IC中纳入了突发模式(Burst ModeTM)技术。这种技术最大限度地降低了该类IC在备用模式时自身所需的电流。在很多情况下，这种备用静态电流低至10～20μA。

就数字电源作为传统模拟电源解决方案的替代方案而言，普遍接受的数字电源含意是，使用分时PWM控制环路来实现电源转换和调节。数字PWM解决方案几乎总是带来额外的功能、复杂性和成本问题。因为数字方法尚未展现与今天先进的模拟电源系统不相上下的性能，因此我们相信，在短期内数字电源不会成为一个影响通信电源市场的重大因素。

Andy Williams：3G再一次为全球消费者带来他们所需要增加的功能。随着更多功能的增添，更多的元器件功能和模块也随之增加。相应地，电能消耗也在增加，因此对电池电量的需求更高。因此，安森美半导体的策略是以最少的耗电量提供取悦消费者功能的元器件，以尽可能高的能效来转换及管理电池电能。安森美半导体产品的电流消耗将越来越低，我们的元器件将更加高效地把电池电能转换为更先进通信和处理芯片可用的电压电平。

此外，我们还有极广的基础设备产品系列，用于诸如3G等全球性网络。安森美半导体制造多元化的工业及通信元器件，它们不仅处理基础设施所要求的电能，并且其处理方式不会干扰通信设备本身的敏感信号。因此，安森美半导体已经在基础设施及终端设备市场稳占席位，使我们成为重量级的供应商，能很好地服务于3G在全球的繁衍。

Tony Lai：高效率的PA电源管理会延长手机电池寿命。美信公司能提供高性能PA DC／DC，其专为高端智能手机制造商设计。

今日电子：除了上文谈到的LED驱动，3G通信外，电源管理厂商在09年还能找到哪些新的市场切入点?

Tony Armstrong：2009年一个潜在的“热点”(如果可以这么说的话)是无线连接性。似乎无论哪里的人都要通过电子邮件或Web不间断地开展业务活动，通过短信或话音通信与朋友和家人保持联系。结果，对实现这种“连接性”的产品将有很大需求，这类产品通常具有话音和数据传送功能，它们或者通过3G、GSM或CDMA等电信标准、或者用WiMax和蓝牙技术传送话音和数据。支持这类设备所必需的芯片组需要电源管理集成电路，以确保正确工作。不用说，这对凌力尔特这类模拟集成电路供应商将非常有益。

Andy Williams：当然是上网本(Netbook)和汽车。上网本能够快速发展，是因为它们足以让大多数用户接入互连网及进行业务。汽车市场在总体上将继续奋斗，但那些生产出及售出的汽车将具有更高能效，不仅体现在更高的行驶里程，也会体现在混合动力及电动汽车的装置中。这个趋势将驱使越来越多的半导体及元器件加进汽车应用。汽车将变身为连通的载体，除了具备受市场需求推动的更多的能源管理和安全系统：还会有它们自己的3G连接能力、无线局域网(WLAN)和卫星系统。而替代型燃料也将需要汽车采用新的安全及能源管理系统，安森美半导体的元器件可用于构建这些系统。

Tony Lai：用电源管理芯片给手持应用中不同的处理器供电，是今年的一个非常有前景的应用。

今日电子：节能，环保的概念在今日显得尤为重要，请问贵公司会采取哪些措施来继续达成这一目标。

Tony Armstrong：去年，由于媒体的大量报道，“绿色环境保护”概念得以普及。结果，很多电源管理产品供应商在提高功率效率方面取得了很大进步。人们普遍认为，大多数工业化国家认识到需要节约能量。这是因为，随着这些国家人口的增加，他们需要更多的能量来为有加热／冷却系统、照明和家电的新家居供电。不仅建立新的发电设施耗费大量金钱，电能产生后要向用户供电的过程成本也很高。据观察，与建立新的发电设施相比，将大多数家电的电流能耗降低15％～20％是更经济的做法。

由于建立新的发电设施成本很高，因此很多国家已经采用了所谓的“绿色政策”，以此鼓励制造商在最终产品中纳入节能技术。

就用于节能DC／DC转换器的电源管理集成电路而言，必须具有两个主要特点。首先，必须有非常高的转换效率。其次，在备用和停机模式时必须有低静态电流。

篇6

现代电力电子技术的发展方向,是从以低频技术处理问题为主的传统电力电子学,向以高频技术处理问题为主的现代电力电子学方向转变。电力电子技术起始于五十年代末六十年代初的硅整流器件,其发展先后经历了整流器时代、逆变器时代和变频器时代,并促进了电力电子技术在许多新领域的应用。八十年代末期和九十年代初期发展起来的、以功率MOSFET和IGBT为代表的、集高频、高压和大电流于一身的功率半导体复合器件,表明传统电力电子技术已经进入现代电力电子时代。

1.1整流器时代

大功率的工业用电由工频(50Hz)交流发电机提供,但是大约20%的电能是以直流形式消费的,其中最典型的是电解(有色金属和化工原料需要直流电解)、牵引(电气机车、电传动的内燃机车、地铁机车、城市无轨电车等)和直流传动(轧钢、造纸等)三大领域。大功率硅整流器能够高效率地把工频交流电转变为直流电,因此在六十年代和七十年代,大功率硅整流管和晶闸管的开发与应用得以很大发展。当时国内曾经掀起了-股各地大办硅整流器厂的热潮,目前全国大大小小的制造硅整流器的半导体厂家就是那时的产物。

1.2逆变器时代

七十年代出现了世界范围的能源危机,交流电机变频惆速因节能效果显著而迅速发展。变频调速的关键技术是将直流电逆变为0~100Hz的交流电。在七十年代到八十年代,随着变频调速装置的普及,大功率逆变用的晶闸管、巨型功率晶体管(GTR)和门极可关断晶闸管(GT0)成为当时电力电子器件的主角。类似的应用还包括高压直流输出,静止式无功功率动态补偿等。这时的电力电子技术已经能够实现整流和逆变,但工作频率较低,仅局限在中低频范围内。

1.3变频器时代

进入八十年代,大规模和超大规模集成电路技术的迅猛发展,为现代电力电子技术的发展奠定了基础。将集成电路技术的精细加工技术和高压大电流技术有机结合,出现了一批全新的全控型功率器件、首先是功率M0SFET的问世,导致了中小功率电源向高频化发展,而后绝缘门极双极晶体管(IGBT)的出现,又为大中型功率电源向高频发展带来机遇。MOSFET和IGBT的相继问世,是传统的电力电子向现代电力电子转化的标志。据统计,到1995年底,功率M0SFET和GTR在功率半导体器件市场上已达到平分秋色的地步,而用IGBT代替GTR在电力电子领域巳成定论。新型器件的发展不仅为交流电机变频调速提供了较高的频率,使其性能更加完善可靠,而且使现代电子技术不断向高频化发展,为用电设备的高效节材节能,实现小型轻量化,机电一体化和智能化提供了重要的技术基础。

2.现代电力电子的应用领域

2.1计算机高效率绿色电源

高速发展的计算机技术带领人类进入了信息社会,同时也促进了电源技术的迅速发展。八十年代,计算机全面采用了开关电源,率先完成计算机电源换代。接着开关电源技术相继进人了电子、电器设备领域。

计算机技术的发展,提出绿色电脑和绿色电源。绿色电脑泛指对环境无害的个人电脑和相关产品，绿色电源系指与绿色电脑相关的高效省电电源,根据美国环境保护署l992年6月17日“能源之星"计划规定,桌上型个人电脑或相关的设备,在睡眠状态下的耗电量若小于30瓦,就符合绿色电脑的要求,提高电源效率是降低电源消耗的根本途径。就目前效率为75%的200瓦开关电源而言,电源自身要消耗50瓦的能源。

2.2通信用高频开关电源

通信业的迅速发展极大的推动了通信电源的发展。高频小型化的开关电源及其技术已成为现代通信供电系统的主流。在通信领域中,通常将整流器称为一次电源,而将直流-直流(DC/DC)变换器称为二次电源。一次电源的作用是将单相或三相交流电网变换成标称值为48V的直流电源。目前在程控交换机用的一次电源中,传统的相控式稳压电源己被高频开关电源取代,高频开关电源(也称为开关型整流器SMR)通过MOSFET或IGBT的高频工作,开关频率一般控制在50-100kHz范围内,实现高效率和小型化。近几年,开关整流器的功率容量不断扩大,单机容量己从48V/12.5A、48V/20A扩大到48V/200A、48V/400A。

因通信设备中所用集成电路的种类繁多,其电源电压也各不相同,在通信供电系统中采用高功率密度的高频DC-DC隔离电源模块,从中间母线电压(一般为48V直流)变换成所需的各种直流电压,这样可大大减小损耗、方便维护,且安装、增加非常方便。一般都可直接装在标准控制板上,对二次电源的要求是高功率密度。因通信容量的不断增加,通信电源容量也将不断增加。

2.3直流-直流(DC/DC)变换器

DC/DC变换器将一个固定的直流电压变换为可变的直流电压,这种技术被广泛应用于无轨电车、地铁列车、电动车的无级变速和控制,同时使上述控制获得加速平稳、快速响应的性能,并同时收到节约电能的效果。用直流斩波器代替变阻器可节约电能(20~30)%。直流斩波器不仅能起调压的作用(开关电源),同时还能起到有效地抑制电网侧谐波电流噪声的作用。

通信电源的二次电源DC/DC变换器已商品化,模块采用高频PWM技术,开关频率在500kHz左右,功率密度为5W~20W/in3。随着大规模集成电路的发展,要求电源模块实现小型化,因此就要不断提高开关频率和采用新的电路拓扑结构,目前已有一些公司研制生产了采用零电流开关和零电压开关技术的二次电源模块,功率密度有较大幅度的提高。

2.4不间断电源(UPS)

不间断电源(UPS)是计算机、通信系统以及要求提供不能中断场合所必须的一种高可靠、高性能的电源。交流市电输入经整流器变成直流,一部分能量给蓄电池组充电,另一部分能量经逆变器变成交流,经转换开关送到负载。为了在逆变器故障时仍能向负载提供能量,另一路备用电源通过电源转换开关来实现。

现代UPS普遍了采用脉宽调制技术和功率M0SFET、IGBT等现代电力电子器件,电源的噪声得以降低,而效率和可靠性得以提高。微处理器软硬件技术的引入,可以实现对UPS的智能化管理,进行远程维护和远程诊断。

目前在线式UPS的最大容量已可作到600kVA。超小型UPS发展也很迅速,已经有0.5kVA、lkVA、2kVA、3kVA等多种规格的产品。

2.5变频器电源

变频器电源主要用于交流电机的变频调速,其在电气传动系统中占据的地位日趋重要,已获得巨大的节能效果。变频器电源主电路均采用交流-直流-交流方案。工频电源通过整流器变成固定的直流电压,然后由大功率晶体管或IGBT组成的PWM高频变换器,将直流电压逆变成电压、频率可变的交流输出,电源输出波形近似于正弦波,用于驱动交流异步电动机实现无级调速。

国际上400kVA以下的变频器电源系列产品已经问世。八十年代初期,日本东芝公司最先将交流变频调速技术应用于空调器中。至1997年,其占有率已达到日本家用空调的70%以上。变频空调具有舒适、节能等优点。国内于90年代初期开始研究变频空调,96年引进生产线生产变频空调器,逐渐形成变频空调开发生产热点。预计到2000年左右将形成。变频空调除了变频电源外,还要求有适合于变频调速的压缩机电机。优化控制策略,精选功能组件,是空调变频电源研制的进一步发展方向。

2.6高频逆变式整流焊机电源

高频逆变式整流焊机电源是一种高性能、高效、省材的新型焊机电源,代表了当今焊机电源的发展方向。由于IGBT大容量模块的商用化,这种电源更有着广阔的应用前景。

逆变焊机电源大都采用交流-直流-交流-直流(AC-DC-AC-DC)变换的方法。50Hz交流电经全桥整流变成直流,IGBT组成的PWM高频变换部分将直流电逆变成20kHz的高频矩形波,经高频变压器耦合,整流滤波后成为稳定的直流,供电弧使用。

由于焊机电源的工作条件恶劣,频繁的处于短路、燃弧、开路交替变化之中,因此高频逆变式整流焊机电源的工作可靠性问题成为最关键的问题,也是用户最关心的问题。采用微处理器做为脉冲宽度调制(PWM)的相关控制器,通过对多参数、多信息的提取与分析,达到预知系统各种工作状态的目的,进而提前对系统做出调整和处理,解决了目前大功率IGBT逆变电源可靠性。

国外逆变焊机已可做到额定焊接电流300A,负载持续率60%,全载电压60~75V,电流调节范围5~300A,重量29kg。

2.7大功率开关型高压直流电源

大功率开关型高压直流电源广泛应用于静电除尘、水质改良、医用X光机和CT机等大型设备。电压高达50~l59kV,电流达到0.5A以上,功率可达100kW。

自从70年代开始,日本的一些公司开始采用逆变技术,将市电整流后逆变为3kHz左右的中频,然后升压。进入80年代,高频开关电源技术迅速发展。德国西门子公司采用功率晶体管做主开关元件,将电源的开关频率提高到20kHz以上。并将干式变压器技术成功的应用于高频高压电源,取消了高压变压器油箱,使变压器系统的体积进一步减小。

国内对静电除尘高压直流电源进行了研制,市电经整流变为直流,采用全桥零电流开关串联谐振逆变电路将直流电压逆变为高频电压,然后由高频变压器升压,最后整流为直流高压。在电阻负载条件下,输出直流电压达到55kV,电流达到15mA,工作频率为25.6kHz。

2.8电力有源滤波器

传统的交流-直流(AC-DC)变换器在投运时,将向电网注入大量的谐波电流,引起谐波损耗和干扰,同时还出现装置网侧功率因数恶化的现象,即所谓“电力公害”,例如,不可控整流加电容滤波时,网侧三次谐波含量可达(70~80)%,网侧功率因数仅有0.5~0.6。

电力有源滤波器是一种能够动态抑制谐波的新型电力电子装置,能克服传统LC滤波器的不足,是一种很有发展前途的谐波抑制手段。滤波器由桥式开关功率变换器和具体控制电路构成。与传统开关电源的区别是:(l)不仅反馈输出电压,还反馈输入平均电流;(2)电流环基准信号为电压环误差信号与全波整流电压取样信号之乘积。

2.9分布式开关电源供电系统

分布式电源供电系统采用小功率模块和大规模控制集成电路作基本部件,利用最新理论和技术成果,组成积木式、智能化的大功率供电电源,从而使强电与弱电紧密结合,降低大功率元器件、大功率装置(集中式)的研制压力,提高生产效率。

八十年代初期,对分布式高频开关电源系统的研究基本集中在变换器并联技术的研究上。八十年代中后期,随着高频功率变换技术的迅述发展，各种变换器拓扑结构相继出现,结合大规模集成电路和功率元器件技术,使中小功率装置的集成成为可能,从而迅速地推动了分布式高频开关电源系统研究的展开。自八十年代后期开始,这一方向已成为国际电力电子学界的研究热点,论文数量逐年增加，应用领域不断扩大。

分布供电方式具有节能、可靠、高效、经济和维护方便等优点。已被大型计算机、通信设备、航空航天、工业控制等系统逐渐采纳,也是超高速型集成电路的低电压电源(3.3V)的最为理想的供电方式。在大功率场合,如电镀、电解电源、电力机车牵引电源、中频感应加热电源、电动机驱动电源等领域也有广阔的应用前景。

3.高频开关电源的发展趋势

在电力电子技术的应用及各种电源系统中，开关电源技术均处于核心地位。对于大型电解电镀电源,传统的电路非常庞大而笨重,如果采用高顿开关电源技术,其体积和重量都会大幅度下降,而且可极大提高电源利用效率、节省材料、降低成本。在电动汽车和变频传动中,更是离不开开关电源技术，通过开关电源改变用电频率,从而达到近于理想的负载匹配和驱动控制。高频开关电源技术,更是各种大功率开关电源(逆变焊机、通讯电源、高频加热电源、激光器电源、电力操作电源等)的核心技术。

3.1高频化

理论分析和实践经验表明,电气产品的变压器、电感和电容的体积重量与供电频率的平方根成反比。所以当我们把频率从工频50Hz提高到20kHz,提高400倍的话,用电设备的体积重量大体下降至工频设计的5~l0%。无论是逆变式整流焊机,还是通讯电源用的开关式整流器,都是基于这一原理。同样,传统“整流行业”的电镀、电解、电加工、充电、浮充电、电力合闸用等各种直流电源也可以根据这一原理进行改造,成为“开关变换类电源”,其主要材料可以节约90%或更高,还可节电30%或更多。由于功率电子器件工作频率上限的逐步提高,促使许多原来采用电子管的传统高频设备固态化,带来显著节能、节水、节约材料的经济效益,更可体现技术含量的价值。

3.2模块化

模块化有两方面的含义,其一是指功率器件的模块化,其二是指电源单元的模块化。我们常见的器件模块,含有一单元、两单元、六单元直至七单元,包括开关器件和与之反并联的续流二极管,实质上都属于“标准”功率模块(SPM)。近年,有些公司把开关器件的驱动保护电路也装到功率模块中去,构成了“智能化”功率模块(IPM),不但缩小了整机的体积,更方便了整机的设计制造。实际上,由于频率的不断提高,致使引线寄生电感、寄生电容的影响愈加严重,对器件造成更大的电应力(表现为过电压、过电流毛刺)。为了提高系统的可靠性,有些制造商开发了“用户专用”功率模块(ASPM),它把一台整机的几乎所有硬件都以芯片的形式安装到一个模块中,使元器件之间不再有传统的引线连接,这样的模块经过严格、合理的热、电、机械方面的设计,达到优化完美的境地。它类似于微电子中的用户专用集成电路(ASIC)。只要把控制软件写入该模块中的微处理器芯片,再把整个模块固定在相应的散热器上,就构成一台新型的开关电源装置。由此可见,模块化的目的不仅在于使用方便,缩小整机体积,更重要的是取消传统连线,把寄生参数降到最小,从而把器件承受的电应力降至最低,提高系统的可靠性。另外,大功率的开关电源,由于器件容量的限制和增加冗余提高可靠性方面的考虑,一般采用多个独立的模块单元并联工作,采用均流技术,所有模块共同分担负载电流,一旦其中某个模块失效,其它模块再平均分担负载电流。这样,不但提高了功率容量,在有限的器件容量的情况下满足了大电流输出的要求,而且通过增加相对整个系统来说功率很小的冗余电源模块,极大的提高系统可靠性,即使万一出现单模块故障,也不会影响系统的正常工作,而且为修复提供充分的时间。

3.3数字化

在传统功率电子技术中,控制部分是按模拟信号来设计和工作的。在六、七十年代,电力电子技术完全是建立在模拟电路基础上的。但是,现在数字式信号、数字电路显得越来越重要,数字信号处理技术日趋完善成熟,显示出越来越多的优点:便于计算机处理控制、避免模拟信号的畸变失真、减小杂散信号的干扰(提高抗干扰能力)、便于软件包调试和遥感遥测遥调,也便于自诊断、容错等技术的植入。所以,在八、九十年代,对于各类电路和系统的设计来说,模拟技术还是有用的,特别是:诸如印制版的布图、电磁兼容(EMC)问题以及功率因数修正(PFC)等问题的解决,离不开模拟技术的知识,但是对于智能化的开关电源,需要用计算机控制时,数字化技术就离不开了。

3.4绿色化

电源系统的绿色化有两层含义:首先是显著节电,这意味着发电容量的节约,而发电是造成环境污染的重要原因,所以节电就可以减少对环境的污染;其次这些电源不能(或少)对电网产生污染,国际电工委员会(IEC)对此制定了一系列标准,如IEC555、IEC917、IECl000等。事实上,许多功率电子节电设备,往往会变成对电网的污染源:向电网注入严重的高次谐波电流,使总功率因数下降,使电网电压耦合许多毛刺尖峰,甚至出现缺角和畸变。20世纪末,各种有源滤波器和有源补偿器的方案诞生,有了多种修正功率因数的方法。这些为2l世纪批量生产各种绿色开关电源产品奠定了基础。

现代电力电子技术是开关电源技术发展的基础。随着新型电力电子器件和适于更高开关频率的电路拓扑的不断出现,现代电源技术将在实际需要的推动下快速发展。在传统的应用技术下,由于功率器件性能的限制而使开关电源的性能受到影响。为了极大发挥各种功率器件的特性,使器件性能对开关电源性能的影响减至最小,新型的电源电路拓扑和新型的控制技术,可使功率开关工作在零电压或零电流状态,从而可大大的提高工作频率,提高开关电源工作效率,设计出性能优良的开关电源。

总而言之,电力电子及开关电源技术因应用需求不断向前发展,新技术的出现又会使许多应用产品更新换代,还会开拓更多更新的应用领域。开关电源高频化、模块化、数字化、绿色化等的实现,将标志着这些技术的成熟,实现高效率用电和高品质用电相结合。这几年,随着通信行业的发展,以开关电源技术为核心的通信用开关电源,仅国内有20多亿人民币的市场需求,吸引了国内外一大批科技人员对其进行开发研究。开关电源代替线性电源和相控电源是大势所趋,因此,同样具有几十亿产值需求的电力操作电源系统的国内市场正在启动,并将很快发展起来。还有其它许多以开关电源技术为核心的专用电源、工业电源正在等待着人们去开发。

参考文献

(l)林渭勋:浅谈半导体高频电力电子技术,电力电子技术选编,浙江大学,384-390,1992

(2)季幼章:迎接知识经济时代,发展电源技术应用,电源技术应用,N0.2,l998

(3)叶治正,叶靖国:开关稳压电源。高等教育出版社,1998

张国君,男,1962年生,博士后,副总工程师,1997年5月于天津大学测控博士后流动站出站,现从事通信电源和电力直流操作电源系统的研究开发工作,并在清华大学电力电子研究中心进行第二站博士后研究工作。

篇7

[关键词]不间断电源 干扰 稳态电压 瞬态响应 负载 并机技术

中图分类号：TN86 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）36-0365-01

一、引言

随着经济的飞速发展以及基层央行对网络建设认识的不断加深，中心机房的建设和改造如火如荼。对于一些重要行业，在其机房中，如果设备比较多，布置比较集中，应该优先考虑使用大功率不间断电源。本文主要针对大功率的不间断电源，特别是对几个能反映生产技术水平，也是用户关心的特性参数进行探讨。

二、不间断电源的输出电压特性

不间断电源的功能有两个：一是市电断电时不间断地对设备供电，另一个就是隔离市电干扰，给负载提供波形稳定而纯净的正弦波。因此，考察一个不间断电源首先就要看它的电压特性。不间断电源输出电压特性主要由下面3个参数来描述。

1）稳态电压精度。

电压太高或太低会使用户设备的寿命缩短，严重时会烧毁设备，使用在线式不间断电源可以提供稳定的电源电压，因此对保护设备和提高设备的寿命是非常有利的。稳态电压精度在平衡负载和非平衡负载时能达到的值一般是不一样的，如果不加区别，厂家应给出非平衡负载时的稳态电压精度。市场参考值是：平衡负载±1%，非平衡负载±2%。

2）瞬态响应特性。

电网在受干扰时会产生电压的瞬时降低或突然升高，极端的电压降低或升高对设备的寿命和可靠性是个威胁，使用在线式不间断电源可使电网电压波动的影响减至尽可能小的程度。瞬态响应特性指负载从0%-100%突加或从100%-0%突减时输出电压的精度，市场参考值是±4%。

3）谐波失真度。

电力经输配电线路传送至用户端时，其间由于各种设备（特别是非线性设备）的使用，往往造成用户端子电压的失真，失真了的电压和电流波形对民网中的敏感设备是一种干扰，谐波电流则会使输电线路的输电能力下降，使输变电设备发热等。一般要求谐波失真度小于5%，在线式不间断电源的失真度小于3%。

4）频率稳定度。

在我国，电网频率是50Hz，但是电网中的发电机运转会由于客户端用电量的突然变化导致发电机转速发生变化，其结果是电网频率产生偏移，然而，在线式不间断电源的输出可提供稳态的频率。

5）突波保护。

在线式不间断电源内部安装有突波吸收器件，用以吸收突波，保护用户设备的安全。

6）电源监控。

配合不间断电源的智能型通信接口及监控软件可记录市电电压频率、停电时间及次数来达到电源的监控，并可安排不间断电源定时开机及关机的时间以节约能源。

三、不间断电源带非线性负载的能力

不间断电源的负载主要是计算机，而计算机电源是开关电源，它们吸取的电流并非正弦波，称为非线性负载，市电容量大，阻抗小，对非线性负载供电时问题不大，不间断电源却有较大的输出阻抗，非线性负载会在不间断电源的输出端产生谐波电压，特别是在谐振频率附近的谐波电压更大，使不间断电源的输出电压失真，而且不间断电源本身的容量也有限，必须要有好的对策对付高波峰因数的负载电流，否则不间断电源可能在带这类负载时经常切换到限流工作，引起输出电压降低，进而影响计算机负载的正常运行。所以现在考虑不间断电源的容量时，也应该考虑非线性负载的影响，因为不间断电源的标称容量同其他电气设备一样，是按负载功率因数0.8来定的，而非线性负载的功率因数常常只有0.6.-0.65，如果要不间断电源带满负荷的这类负载，势必无能为力，所以核定不间断电源容量时，应该进行适当放大。

四、不间断电源的输入特性

不间断电源的输出特性主要决定于不间断电源的逆变器，而不间断电源的输入特性主要取决于不间断电源的整流特性。过去人们不太重视不间断电源的输入特性，谈到输入部分只谈输入电压范围、频率，对输入功率因数、谐波影响则不太关心。有的厂家提供了输入滤波器，功率因数能提高到0.9以上，但出于经济上的考虑，仅仅将其作为可选件，并且还是手动接入的断开的。

其实，设备的功率因数低、谐波电流大会给电网带来很多危害，归纳起来主要有：1）干扰其他用电设备；2）增大输入电流在传输线上的损耗；3）增加前级设备的功率容量，提高投资；4）增大中线电流。

为了达到对负载的不间断供电，不间断电源还经常与柴油发电机配合使用，这时低功率因数的不间断电源对柴油发电机和其负载的危害会更明显。

传统开关电源的功率因数，由于使用PFC（功率因数矫正）电路，普遍能达到0.99以上，高频PWM整流技术更为大功率不间断电源的输入特性的改善提供了可行性，相信高功率因数的不间断电源将是人们今后追求的选择。

五、不间断电源并机技术

目前主要有两种并机的拓扑结构：一是串联，另一种是并联。

（1）串联结构

两整的不间断电源同步工作，但一台不间断电源的输出接到另一台不间断电源的静态开关，前者是从机，后者是主机，平常主机输出全部负载电流，主机故障时切换到从机，这种结构的并机系统最大的问题是主机的静态旁路没有备份，如果主机的转换控制失灵或出现静态旁路故障，即使从机正常，也不能切换给负载。

（2）并联结构

并联结构有两种工作模式：一种是功率均分方式，另一种是热备份方式。

功率均分方式是：两台不间断电源在正常情况下平均承担负载电流，一旦有一台不间断电源出现故障，间断电源退出，另一台承担全部负载电流。这种方式的并机系统既可以用于容量扩充，又可以用于系统备份，比如，两个30VA的不间断电源在功率均分模式下并机工作，可以带60kVA的负载，但如果要实现备份，则负载容量必须限制在一台不间断电源的容量，即30kVA之内。

并联热备份方式是：两台不间断电源同步工作，但平时只有一台对外输出功率，另一台处于热备份状态。一旦一台出现故障，立即切换到另一台，热备份方式没有容量扩充的功能，值得一提的是，目前有的厂家又提出了改进型的热备份方式，它把两台不间断电源的蓄电池并联起来，系统除了有整流器1和逆变器1，整流器2和逆变器2组成的通路外，还提供由整流器1和逆变器2组成的通路和由整流器2和逆变器1组成的通路，也就是说，系统大大减少了自身整流器和逆变器故障引起的到静态旁路的切换次数，同时，两台不间断电源的蓄电池并联在一起也避免了可能发生的一组蓄电池经常放电，而另一组蓄电池长期不放电的现象，这对蓄电池的维护很有意义，而且在蓄电池上花同样的钱可以获得两倍的延时，所以说，这种热备份方式不失为一种好的选择。

参考文献

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【关键词】UPS电源 技术性能 可靠性

UPS电源的操作形式分别是在线式与后备式，而实际输出波形则是正弦与方波，通过这种工作方式能够有效隔离直流电能，进而抑制电网突然发生变化时带来的不良影响，这在一定程度上能够有效确保供电的安全性以及可靠性，例如在医院、机场等重要场所里面，如果突然断电势必会影响正常使用。计算机应用的普及，以及各类专业电子设备的出现，都对供电质量提出了新的要求，基于UPS电源能在使用过程中起到不错的供电效果，为此得到了众多领域的广泛应用，并逐渐发展成了高度自动化、高效能的供电中心。

1 UPS电源技术性能

1.1 重复控制技术

UPS电源由逆变器以及其他设备共同组成，具备储能装置是一种恒压恒频电源。UPS电源的重复控制技术需要稳态内膜，以此来实现电压降至零时其可以继续发挥控制作用，抵消其他电流带来的干扰。在UPS电源中使用重复控制技术，能够构成低成本、高效率的波形控制体系。具体一些就是在每个环节输入电压误差后，会每隔一段时间重复出现一次，只要输入的电压误差不为零，那么它所输出的幅度就会逐渐增加，如果电压误差在控制技术的影响下衰减至零，与之相对应的输出电力并不会直接消失，只是暂时不再发生变化，但是还会保持上周期的输出波形，并且该类波形还会周期性的输出，最终通过重复控制技术，UPS电源实现对谐波的有效控制。

1.2 并联技术

UPS电源如果是在医院、机场以及火车站等场所进行服务，因为这些场所的用电特殊性，UPS电源容量只有达到数兆伏安，才能满足这些特殊场所的需求。而UPS电源实际上因散热技术以及功率设备等外在因素的干扰，并不能真正达到容量的需求标准，为此，UPS电源要想解决这一现状，还需要使用并联技术。UPS电源使用并联技术主要是为了解决电能均流问题。UPS电源并联技术与直流电源并联技术相比较而言，前者并联技术制定的标准更高，一定要能满足各类逆变器所输出的电压频率、幅值以及相位等是一致的或者是相等的。UPS电源使用并联技术的过程中，可逐步形成具备容错效果的冗余供电系统。当前UPS电源所使用的主要并联技术是集中式、分散式、从式、环链式以及无线式的控制技术等等，这么多技术当中，按照技术性能进行有效分析，得出无线式的控制技术其起到的效果最佳。

1.3 整流技术

UPS电源功率过大时常会使用整流技术，在功率特别大的位置会使用不同相位的整流技术。UPS电源里面使用整流技术具有以下几个方面的优势，首先是操作原理非常简单，其次是控制方法现已成熟，功率比较高等等，同样的也存有一定的劣势，那就是谐波电流比较大，运行的安全性较低。而为了确保不给电网带来干扰，常会在实际运行时使用其他先进技术，如滤波器技术等，具体来讲就是把12脉冲中的整流输入到谐波电流中，直至其减值到6脉以下。

2 UPS电源的可靠性

2.1 在线式的UPS电源

在线式的UPS电源在实际使用过程中，能够直接消除电网带来的影响，并且还能降低对负荷造成的影响。在供电电压平稳的状态下，能够加快电网和其他设备的转换速度，如电网和蓄电池之间的切换时间就为零。如果在供电过程中，突然电压不能进行稳定供电，这时在线式的UPS电源就会启动继续供电；如果供电电压没有出现任何意外，保持稳定供电，电流则会直接通过突波抑制设备，在整流设备里面直接转换成直流电，然后再通过逆变器转换成交流电，进而满足各类设备的实际需求。

2.2 后备式的UPS电源

后备式的UPS电源在实际使用过程中，会发挥稳压设备功能，改善当前供电电压的波动，但是对部分进入电网中的干扰信号则不会起到相应的抑制作用。当供电突然中断或者是电压在170V以下时，蓄电池就会直接利用逆变器为负载及时提供稳压交流电。而在供电电压较为稳定时，电流在对旁路通道进行交流，或者是转换了开关以后，会开始直接为负载进行供电，而逆变器则会停止工作，这样一来就能节省不少电能。

2.3 互动式的UPS电源

UPS电源在实际使用过程中，其互动式的UPS电源逆变器一直处于准备状态，因此它运行时电流需要进行转换的时间非常短，这在一定程度上确保了输出电压的可靠性。但是互动式UPS电源所使用的充电器，一般是使用双向的变换器，也就是说它实际充电效果不好，将会直接导致UPS电源不能再继续得以正常使用，为此，在逆变器以及电池充电器里面必须要增设一个电力转换器，然后再使用变向转换器来有效加快电池实际充电的速度，在其处于停电状态的情况下，变向转换器会直接替换逆变器，也就是说电池中原来存储的电能会转换成交流电源中供应的负载。

3 结束语

通过上述内容，我们从中可以看出，UPS电源技术性能以及可靠性都非常的突出，因此被各种大型的场所或者是特殊区域广泛应用，除此之外，UPS电源还能确保为各类设备提供优质供电服务，确保电力相关设备可以稳定运行，进而满足人们的需求，为此，对UPS电源技术进行有效掌握，不仅能够使用可靠的UPS电源，还能使电力系统得到优质电源。

参考文献

[1]吕燕春.UPS电源技术性能及可靠性的研究[J].铁路计算机应用，2013，01：29-31.

[2]董妍，张翌D.UPS电源技术性能及可靠性的研究[A].吉林省科学技术协会.增强自主创新能力 促进吉林经济发展――启明杯・吉林省第四届科学技术学术年会论文集（上册）[C].吉林省科学技术协会，2012：2.

[3]马亮.浅谈UPS电源的技术性能及可用性[J].科技与企业，2012，01：68.

作者简介

米子昂（1988-），男，北京市人。现为民航华北空管局技术保障中心助理工程师。研究方向为UPS。

篇9

关键词：电源管理芯片；功率因数校正；开关电源（SMPS）

电源管理芯片是为了节约电路系统整体能耗而利用管理芯片将电源输出合理分配给电路中不同组件，用管理芯片来控制减少闲置时组件的功耗，从而达到低功耗的目的。

电源管理芯片的原理是通过编程来控制设置在电源内的芯片，使电源管理系统通过软件指令控制各级电压激活与否，即通过各项不同软件指令来实现循环执行和条件执行控制各级电压激活， 在电源系统内部完成电能的变换、分配、检测、管理。通过CPU供电幅值，控制各级电路功率输出。

电源管理芯片的目标是提高效率，降低功耗以此达到绿色环保的要求，而随着其应用范围的越来越广泛，其功能越来越多，增效节能的要求也更加突出，节能增效的要求不再仅仅是开关电源等核心部位的要求，功率因数校正（PFC）、USB充电和系统级节能增效的问题，也日益受到关注。

在越来越多的领域对电源管理芯片提出新的要求，如通信、数字家庭设备、移动终端等等，随着对数据处理能力的不断提高，能耗的要求也越来越增加。因此如何尽可能的满足能耗的需求同时提高效率，节约电能成为重中之重。

电脑的电源系统管理主要可以关注PFC的功耗和开关电源的功耗，如何提升每一级电路的能效是相当重要的。在开关电源（SMPS）部分，我们可以通过软件编程完成开关损耗的下降或者整流器压降来减少次级损耗。这两种都是行之有效的方法。

如今我们可以通过采用工艺更为先进、性能参数更加高的PFC电感、diode、场效应管来提高PFC的效率。但随着要求的迅速提高仅仅通过选择性能参数优异的原件满足不了新的要求，因此只有新技术的应用才将会满足新的要求例如无桥PFC，它可以大大减少桥的损耗。

为了达到更高的效率我们还可以采用交错式PFC，以及通过工艺技术的提高、软开关技术等来完成开关损耗的下降或者新型拓扑的应用等等。

在移动终端日益发展的今天，智能手机，平板电脑、智能手表眼镜等可穿戴电子产品功能多元化、完善化，其电源的尺寸、效率、能耗、充电时间、性能的安全稳定性的问题日益凸显，电源管理芯片技术的研究应用也越来越重要。

在移动终端方面，更多采用USB接口进行充电，如何通过USB接口快速充电，提高效率是一个挑战。一般移动设备通过USB连接电脑时，Imax为500mA，而充电芯片功率为有限值，如何利用有限功率高效完成充电是非常重要的，我们利用开关模式的充电芯片可以很好替代传统的线性充电方式，大大提高效率节约时间能耗，移动终端市场的蓬勃发展，提供机遇的同时也给出了许多难题。我们可利用具有高速动态响应的降压控制器，高速运行，可允许使用更小的系统电容，同时集成了更多开关管以及充电电流侦测电阻，使得应用更简便。通过外部的侦测电阻和电池端NTC电阻来检测动态电流，对电池容量进行合理估算，同时利用高效算法，及OCV侦测功能来初始化和校准修正电池剩余容量，增强电池侦测的准确性，以更提高用户体验。

移动终端和可佩戴电子设备有两个关键问题除了上面我们谈到的高效率，我们还很关注产品的体积。我们希望产品越小越好越轻越好，因此便携成为很重要的衡量指标。但高的效率调节需要更多元件支撑，也必然推高成本增大体积，所以如很取舍，设计人员需要权衡主次，确定移动终端中最需要功率支持的部件，因此找到核心部件，是重中之重。例如，手机中的基带处理器从不会关闭，但是在待机操作中却要占用90%以上的时间.因此，要最大化延长手机的运行时间，选择一个具有极低漏电流（数十μA）的功率芯片就显得非常重要了。能耗的减低是最终目标，确保最长的运行时间，最低的消耗是电源管理不懈的追求。

除了以上处理方式之外，优化PCB空间也是解决体积问题的出路之一，因为低功率并不表示小体积，我们必须最大化的利用面积，我们可以通过最优化电容电感这些无源器件解决我们的问题。

电源管理芯片的有相当广阔的发展前景，新技术的发展应用也将多元化，其性能也将日益完善。

参考文献：

[1]习林茂.一种SOI CMOS电压转换电路的设计[D].西安电子科技大学，2011.

[2]张培剑.基于智能IC卡的小型电源管理模块设计[D].山东大学，2013.

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引言

电子系统可视为是种类不同的元件集合，有些元件有着固定的性能指标和耗能，这些元件被称为非电源管理元件；上反，有些元件可以在不同时间工作，并且有多种耗能状态，相应地消耗着不同的系统电能，这些元件称为可电源管理元件。可电源管理元件的有效使用成为节省系统耗能，使整个系统在有限电能下长时间工作的关键所在。

系统元件从一种耗能状态到另一种耗能状态往往需要一段时间，并且在这段时间内会消耗更多的额外能量。状态的改变会影响系统的性能，所以设计者需要在系统节能和系统性能之间找到恰当的折衷切入点。本文介绍了动态电源管理中的一些方法。这些方法将决定元件是否改变耗能状态和何时改变。

1 动态电源管理技术

“动态电源管理”是动态地分配系统资源，以最少的元件或元件最小工作量的低耗能状态，来完成系统任务的一种降低功耗的设计方法。对于电源管理实施时间的判断，要用到多种预测方法，根据历史的工作量预测即将到来的工作量，决定是否转换工作状态和何时转换。这就是动态电源管理技术的核心所在——动态电源管理方法。

动态电源管理技术适用的基本前提是，系统元件在工作时间内有着不相同的工作量。大多数的系统都具有此种情况。另一个前提是，可以在一定程度上确信能够预知系统、元件的工作量的波动性。这样才有转换耗能状态的可能，并且在对工作量的观察和预知的时间内，系统不可以消耗过多的能量。

2 电源管理

各个系统设备当接到请求时，设备忙；而没有请求时，就进入了空闲状态。设置进入空闲时，可以关闭设备，进入低耗能的休眠状态；当再次接到请求后，设备被唤起。这就是所谓的“电源管理”。然而，耗能状态的改变是需要时间的，也就是关闭时延和唤起时延。唤起休眠状态中的设备需要额外的能量开销，如图1所示。如果没有这项开销，也就用不着电源管理技术了，完全可以只要设备空闲就关闭设备、这种时延和能量开销确定存在，所以必须考虑，只有当设备在休眠状态所节省的能量至少可以抵得上状态转换耗能的情况时，才可以进入休眠状态。

电源管理技术是一个预知性问题。应寻求预知空闲时间是否足够长，以及于能否抵得上状态转换的耗能开销。空闲时间过短时，采用电源管理的方案就得不偿失了。所以事先估计出空闲时间的长短是电源管理技术中的首要问题。定义“恰当的停止时间段”（tBE）：能达到系统节能的最短空闲时间段。此时间与设备元件本身有关，与系统发出的请求无关。假设状态转换延时t0（包括关闭和唤起延时）耗能为E0；工作状态功率Pw，休眠状态功率Ps，可由以下式求出tBE。

Pw×tBE=E0+Ps×(tBE-T0)

等式左边为“适合暂停时间段”内的耗能，也就是系统在这段用于节能的最短空闲时间内继续工作所需能量；右边是状态转换耗能和休眠时间内的系统耗能。tBE换和这段休眠时间内的系统耗能。电源管理技术就是要预知将要发生的休眠时间是否能够大于tBE，只有大于它，设备才有休眠的必要。

3 基于先验预知的动态电源管理技术

对于大多数真实系统，即将输入的信号是难以确定的。动态电源管理的决策是基于对未来的不确定预知的基础之上的。所有的基于预知的动态电源管理技术的基本原理是探过去工作量的历史和即将发生的工作量之间的相互关系，来对未来事件进行可靠的预知。对于动态电源管理，我们关心怎样预知足够长的空闲时间进入休眠状态，表达如下：

p={tIDLE>tBE}

我们称预知空闲时间比实际的空闲时间长（短）为“预知过度”（“预知不足”）。预知过度增加了对性能的影响；预知不足虽对性能无影响却造成了能量的浪费。要是能既无预知过度又无预知不足，那就是一个理想的预知。预知的质量取决于对观察样本的选择和对工作量的统计。

3.1 静态预知方法

固定超时法：最普遍的电源管理预知法，用过去的空闲时间作为观察校本对象来预知当前空闲时段的总持续时间。此方法总结如下：空闲时钟开始，计时器开始计时，超过固定超时时间tTO系统仍处于空闲，则电源管理使得系统休眠，直到接收到外界请求，标志着空闲状态的结束。能够合理地选择tTO显然是这种方法的关键。通常在要求不高的情况下取tTO=tBE。

固定超时法优点有二：①普遍适用（应用范围仅限决于工作量）；②增加固定超时值可以减少“过度预知”（即预知时间比实际空闲时间长）的可能性。但是其缺点也明显：固定超时过大则将引起预知不足，结果不能有效的节省能量，相当多的能量浪费在等待超时上。

预知关闭法：此方法可以解决固定超时法中等待固定超时而耗费过多能量的问题，即预知到系统的空闲可能性就立即关闭系统，无需等到空闲时间超过超时值。预知方法是对历史工作量的统计上做的有肯定性估计。

Srivastave提出了两种先验关闭的方案。

①非线性衰减方程（φ）。此方程可由过去的历史中得到。

t的上标表示过去空闲和工作时期的序号，n表示当前的空闲时期（其长度有待于预知估计）和最近的工作时段。此方程表明了要估计将发生的空闲时期，要考虑到过去的空闲和工作时期。

如果tpred>tBE，那么系统一空闲就立即关闭。观察样本是

此方法的局限：

*无法自主决定衰减方程的类型；

*要根据收集和分析的分散数据建立衰减模型，并且这些数据适合此衰减模型。

这些数据适合此衰减模型。

②极限方案。此方案基于一个极限。观察样本为紧挨着当前空闲时期之前的工作时期，如果便认为空闲时期比前一个工作时期长，则系统关闭。

注意：统计研究表明，短时间的工作时期后是长时间的空闲期；长时间的工作期后是短时间的空闲期。这样的系统可以用极限法，如图2所示。而短时期的工作期后是短时期的空闲期这种情况下就不能用些极限法。总之，对tthr的选择尤为重要。

预知唤起法：可以解决固定超时方法中唤起时的性能损耗。当预知空闲时间超时后则系统唤起，即使此时没有接收收到任何系统请求。使用此方法应注意的是，如果tidle被“预知不足”，则这种方法增加了能量的消耗，但同时也减少了等待接收第一个系统请求的时间，还是在一定程度上节省了能量，提高了系统性能。

3.2 动态预知方法

由于动态电源管理方法的最优化取决于对工作量的统计，当工作量既未知又非静态时，静态预知方法就不是十分有效。因此，就有了动态预知方法。对非静态工作量有几种动态的预知方法。

①设定一套超时值，每个值与一个参数相关。此参数表明超时值选择的准确性。此方法是在每一个空闲时间内，选择这些超时值中最有效的一个值。

②此方法同样有一些供选择的超时值，分配给每个值一个“权”。此“权”是对过去相同要求下，采取此超时值带来的满意度为衡量对象抽象出的参数。实际采用的超时值是取所有被选超时值的权的平均。

③只采用一个超时值，当选择此超时值后会引起许多不尽如人意的“系统关闭”后，再适当增加此值。当更多的“系统关闭”可以被接受了，则适当降低此值。

4 总结

动态电源管理是降低电子系统耗能的有效设计方法。在电源管理系统中，不同元件的工作状态要动态地适应不同程度的性能要求，只有这样才能最小化空闲时间浪费的能量或者无用元件浪费的能量。