intersil:电源管理发展引领设计四大主题

高效、节能、集成化与低成本
技术分类: 电子/测试    作者:本刊记者 朱旭  发表时间:2008-04-16

intersil工业和通信产品集团应用工程负责人,在美国工作的George Liang博士在接受DNChina记者采访时,对电源管理技术发展的趋势总结为:高效节能、高集成化和控制成本。

高效
DNChina:请您从应用的角度,谈谈电源管理技术近期的发展亮点。
梁博士:谈到电脑系统的发展,CPU的发展是第一推动力,它决定了电脑的发展方向和进度。近两年来,CPU发展的最重要变化是从“高速”转变成“高效”。整个系统需要高效:能耗要低,效能要高,这是一个趋势。

从厂家来说,芯片厂商如Intel发展“高效”的手段是增加内核。普通PC的CPU先是两个,现在是四个。增加内核并不见得把整个CPU的功耗增加了,从设计上改善工艺,减少它自身的功耗,这是它的一个途径。另外一个方面,当我的系统运行的时候,我也希望能够减少工业级的损耗,特别是在轻噪的情况下。轻噪的情况有很多,比如有很多的小孩子上一会儿网,然后吃饭去了,没有关机。这种情况下,实际上部分未用的电路仍在维持工作状态并带来损耗。而我们可以采用的“高效”方

式是将不用的电路自动休眠,用的时候再唤醒。比如在这个演示的PC系统中,我们设有六个电源管理功率级。在满载运行的时候,这六个功率级都可以用上。而待机的时候,只有两个功率级在用。

不同功率级的转变要求CPU控制器本身能自动切换,从一种模式转换到另外一种模式,而且要快速完成,从而令转换造成的波动就不很明显。Intersil的6327芯片就是一款为CPU供电的核心控制芯片,这是目前计算机、消费类电子产品较多关注的应用热点。

第二种电源管理应用是笔记本电脑,笔记本电脑用电池供电,电池持续供电长短对用户的影响是极为重要的。如果笔记本电脑不插电就不能用,或充电后一会儿就电池用尽了,用户端的移动性就很难被发挥出来,用户自然会抱怨。我们解决此项问题的方式就是要求能耗控制器本身能处于一种低功耗的工作状况,功耗低时也同样能达到80%以上的工作效率。在这种应用要求前提下,Intersil的芯片能实现比较好的过渡模式,从深度睡眠(介于睡眠和关机之间的一种状态)到睡眠,再到正常运行的过程,之间能进行很好的管理。

另外从系统能耗的管理角度讲,从功能实现过程中间的很多变换、变换器对应的每一个运行点,我们要对其本身功耗效率和整体功耗效率有一个系统的考虑,这是目前发展的方向。刚才讲的桌面电脑的例子很典型,大家都朝着这个方向走,从芯片本身,从负载,再到给控制提供电源的能耗效率都需要在这样的模式下统一考虑。

DNChina:很多的需要能耗管理的地方,是整体全管还是只对CPU能耗进行管理呢?
梁博士:显然CPU是其中最大的重点了,CPU本身也会控制存储器,而这些存储器也会存在时段性空载,但因为存储器本身的功耗不大,而且工作模式比较简单,进行功耗管理的意义远不如对CPU的管理。我们谈电源管理,能耗管理,桌面电脑的效果还不算最明显,因为它是可以关机的。但是如果是常年24小时运转的服务器,高耗能问题就很突出,为此几个厂家都在做整体智能化管理的规划考虑。而像Google这样的公司,它们的服务器是自己做。因为它的服务器是24小时运行,而深夜上网的人相对少,整体用机量较小,就会出现我们所谓的轻载现象。而Google的服务器阵列内存大,电源功耗大,输入输出接口功耗也大,通过多系统间的能耗优化智能管理,做到系统上的节能。

然而,Intersil在做的是板上(电路板上)的节能,板上的优化很重要。我们通过多种电源管理新技术实现板上的优化。另外就是AC/DC的优化。电流从AC到DC再到CPU,整体的优化需求特点第一是成本不能很贵,第二是效率一定要高。以前没有进行优化时。电源部分的效率可能达到60%-70%,而由于整个传输性的损耗,系统整体效率只能达到40%。但是现在提高了轻载时的效率,整个系统的省电效果就明显多了。

DNChina:这里的轻载有没有一个量化的指标,什么叫做轻载?
梁博士:有。20%的负载状态叫轻载,美国要求轻载状态要达到80%以上的(eighty plus)效率。以前没有轻载概念时,可以是40%、50%的效率。如果是20%的负载的话,有时功耗也会有20-30w,尤其是24小时昼夜运行。只要没有关机,功率消耗就一直存在,这是很明显的。待机状态的损耗是很大的。

这款参考设计的电源,输入电压是无差别级(universal)的,可以从80v到260v大范围的,我们有很好的功率因数校正功能。市场上有很多电源设计方案看上去很简单,成本很低,但没有功率因数校正这个功能。用起来有很多限制。所以我认为:不能片面降低电源成本在系统成本中的百分比,目前,电源的成本占系统成本的15-20%才是比较合理的。





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