讲义下载
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New ultra-low power DC/DC converter extend the battery life of IoT systems
Texas Instruments
Business Lead
Eric Yao -
New generation of hybrid power charger for mobile computing device
O2Micro Electronic Inc
Senior FAE Manager
Gerry Huang
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企划专辑
从手机到电动车 无线充电扩大应用领域
无线充电技术与时俱进，且相关应用愈来愈多，毕竟大家都希望能摆脱线缆的牵绊。无线充电是指不需透过电线或电缆传输电力的技术，此技术由发射器和接收器两个部分组成。
在无线充电技术的进展过程中，标准之争始终是热门议题，Qi标准和AirFuel联盟内的其他各种规格彼此竞争主流且互不兼容，这个问题不彻底解决，无线充电的进一步普及就有待商榷。
自由及线上，无线充电追求目标
另一个无线充电技术的重要发展方向，是希望无线充电能更为「自由」。也就是说，现在的无线充电多是基于线圈的电感和电容充电，充电距离
解决5G手机与基站功耗问题 交大团队全力投入封包追踪技术
从2019年起，5G开始落地进入商转，各类创新应用也不断浮现，与过去的移动通讯相较，5G的应用更为多元，这也让电源管理成为5G时代手机设计的严峻挑战，为协助厂商解决此一问题，近年来交通大学电机工程学系特聘教授兼系主任陈科宏团队全力投入封包追踪(Envelope Tracking；ET)技术，降低5G手机的功耗。
移动通讯进展快速，大约每10年就会更替一次标准，而每次更替也都带来全新的进化，3G让移动网络普及，4G是影音传输与在地化服务，这两次的进化不仅让手机功能更强大，电源耗损速度也同步提升，到了5G时代，数据传输量陡然提升10倍，现有的电源管理架构已无法因应
因应物联网与穿戴式设备需求 美信电源IC强化整合设计
物联网系统与穿戴式装置的兴起带动新一波IT产业成长，由于这两种设备的特色迥异于其他电子产品，对设备的体积、效能与成本都有进一步要求，因此设备内部所使用的各种元件必须随之配合，在电源方面更是如此，美信公司(Maxim)台湾技术总监黄大峯指出，相较于一般设备，物联网与穿戴式装置需要更长的待机时间、更高整合度与电源效率。
这几年穿戴式设备、耳戴式设备、传感器、智能家居等市场快速启动，这类型产品的共通点是设备内部的空间受限，而且对电源管理有高度需求，对此美信推出了高整合、高效率与小体积的SIMO PMIC。黄大峯表示，与市场上同类型传统架构
DC/DC静态功耗仅有60nA TI以超低功耗满足物联网需求
物联网近年来成为全球趋势，其涵盖的范围极广，多数设备往往是全年无休的24小时运作，此一特色对设备的电源设计带来严峻考验。德州仪器(TI)指出，一般而言功耗越低的装置，能使物联网系统拥有更长的运作时间。在一些物联网应用中(例如智能水表)，采用不可充电的电池作为电源，这些电池的运作时间需要长达5至10年，这使得整个系统必须拥有非常高的电源转换效率，不然终端客户会需要时常更换电池，增加维护成本来保持系统的稳定运作。
对于物联网系统供电的DC/DC电源转换芯片的功耗设计来说，在轻负载(10uA~1mA)或系统待机时必须有非常高的电源转换效率。DC/DC转换器的静态功耗
罗姆打造物联网与穿戴式市场专属电源方案
物联网、穿戴式装置普及速度加快，而这类型装置对电源IC都有高度要求，物联网主要特点是系统会将各类设备散置在各处，因此其充电不易，穿戴式装置则是体积有限，除了必须要有低耗电设计外，也要同时具备快速充电特色，针对这些需求，罗姆半导体(ROHM)长期聚焦于电源IC技术，对这两大市场也有对应产品。
针对物联网与穿戴式需求，罗姆半导体旗下Nano Energy系列的BD70522GUL已有全球最小、仅达180nA的消耗电流，其待机时间为一般产品的1.4倍，对采用钮扣电池的各种小型设备来说，此微小电流将可大幅提升其续航力，产品待机使用期可达10年。
高整合与高效率兼具 Silicon Labs抢攻物联网PoE市场
联网技术的应用繁多，近年来物联网概念的带动，则让各类设备、物品的联网功能越快速普及，而为了简化联网设备的架构，PoE(Power over Ethernet)所扮演的角色越来越重要，Silicon Labs台湾区业务经理郑祥平指出，Ethernet Cable兼具数据传输与供电两大特色的PoE，被视为物联网时代的必要通讯技术，而随着各种应用的不断出现，设备对PoE在电压、体积与整合度等方面，也有与以往不同的需求。
郑祥平表示，Silicon Labs的PoE技术问世已超过10年，早期主要应用于安全监控摄影机，当年IP化开始成为安全监控技术的新主流，PoE可解决散置于各处摄
新产品高达100W输出功率 PI以整合与效率布局USB PD市场
AC/DC功率转换技术进展快速，系统设计人员需实时因应市场变动，尤其Compact USB PD更是目前市场成长者之一，在尺寸与高功率之间取得平衡，始终是设备厂商设计时的严峻挑战，为协助设备业者回应市场需求，电源IC大厂PI(Power Integrations )延续过去的InnoSwitch3的优势，近期推出输出功率从65W提升至100W的新产品，其高效率与高整合度，将可大幅优化USB PD的电源供应器(Power Adapter)设计。
InnoSwitch3的产品线规格完整，其尺寸从2~7一应俱全，近期进一步推出8、9、10等新尺寸，其输出可达100W
论坛报导
物联网及5G来临 推动电源创新设计
物联网时代来临，智能装置无所不在，所有的科技美好体验，皆需从良好的电源设计出发。有监于此，DIGITIME每年皆举办「电源技术论坛」，为业界带来最新的电源设计新知及技术。
电源论坛历年的讲师阵容皆十分坚强，此次更邀集包括交大电机系陈科宏教授，以及来自Maxim、TI、ROHM、Silicon Labs、Power Integrations、ITECH、O2Micro在内的业界专家，分享各自专精领域的最新进展。
此次论坛议题围绕5G及物联网，探讨这两大趋势如何推动半导体材料、电源管理IC及电源模块的创新，并且探讨如何落实电源的微型化、高整
5G手机功耗高 寄望氮化镓解方
迈入5G-IoT高频时代，相关设备及手机的功耗挑战愈形严苛。解决功耗难题的途径或是从材料、或是从电源管理技术着手。交通大学电机工程学系特聘教授兼系主任陈科宏致力研究5G电源管理技术，他提到「封包追踪(Envelope Tracking；ET)」技术在5G手机电源管理中扮演重要角色。
陈科宏进一步说明指出，过去在3G和4G通讯时代，手机供电出现的电压差很小，因此由功率放大器(PA)自行处理即可，然而到了5G通讯，平均能量与峰值能量的差异可能高达8~9dB，也就是峰均功率比(Peak-to-Average Power Ratio；PAPR)较高，导致效率降低，由功率放大器自行
智能装置小型化 单电感PMIC方案受欢迎
智能装置体积的缩小，是许多智能装置的共同议题。对于电源管理方案厂商而言，如何在尺寸愈来愈小的情况下达到电源高效率，这是极大的挑战。
美信(Maxim Integrated)>资深应用工程师赖宏伟指出，智能装置的PCB尺寸被压缩，甚至电路板形状可能会出现菱形等非传统的方正形状；再加上小型化装置无法加大电池，因此电源管理方案除了提高电源管理效率外，本身的体积也得够小、耗电要尽量降低，此外，由于内部空间小，杂讯问题也要好好解决。针对以上这些林林总总的问题，Maxim提供一站式的解决方案SIMO PMIC，可协助客户轻松实现智能装置的高效率电源管理。SIMO PMI
超低功耗开关稳压器 减少电池用量
物联网(IoT)的出现，对许多相关技术带来冲击，而无论应用为何，物联网装置都需要供电，且许多存在于智能家庭、智能建筑的物联网装置是采用电池供电，因此装置的电源设计成为首要议题，业者苦心开发足以匹配的电源方案，尽其所能提高电源管理效率。
德州仪器(TI)业务经理Eric Yao提到，过去，低压差线性稳压器(LDO)由于静态功耗很低，因此是电源管理要角，但是随着负载愈来愈重，线性电源已不能满足需求，由开关式电源取代线性电源已是大势所趋。
TI新近推出的超低功耗开关稳压器TPS62840，正是为此而生。Eric Yao强调，此产品的最大突破，就
独家节能技术 降低电源IC消耗电流
电子装置对于小型化和节能化的追求，促使电源技术不断精进。智能手机的多功能化及穿戴装置的普及，已为电源技术带来诸多挑战，现在，仅靠设备之间进行无线通讯的IoT设备更带来新的议题，基本诉求就是——让钮扣电池持续运作10年。
根据此市场趋势和发展方向，ROHM很早就开始着手开发能大幅降低电源IC消耗电流的技术。这项专利技术就是Nano Energy，透过此项技术，电源IC本身电流消耗可以降低，使得微小电流时的运作更加稳定。
罗姆半导体台湾技术中心经理李昆芳进一步说明，降低消耗电流，所遇到的几个挑战是元件的泄漏电流、杂讯的敏感度、电路反应速度等
高整合PoE电源方案 支持高功率物联网应用
许多有关物联网装置的讨论，多集中在电池供电部分，然而，包括IP摄影机、智能照明灯具、多功能视讯IP电话、先进802.11无线存取点和智能家电等，这些应用更适合以PoE的方式供电，在解决供电问题的同时，还能大幅降低布线的复杂度。
PoE(Power Over Ethernet)是一种可在以太网络中，透过双绞线来传输电力与数据到装置上的技术。改良的IEEE 802.3at-2009 PoE标准，亦即PoE+，则能为设备提供高达30瓦的电功率，可以满足诸多要求更高功率的应用，例如具备转动、变焦和加热元件的最新电机定位IP摄影机，就会对电源造成严重的负载，而PoE+技
氮化镓电源IC当道 取代矽晶体管
在电源管理领域，基于氮化镓(GaN)的电源管理元件扮演的角色分量日重，因为相较于矽，GaN具有更佳的效率且尺寸能进一步缩小。预期矽晶体管将快速转换为GaN，Power Integration(PI)此前已积极布局基于GaN的新型电源IC。PI高级市场部经理李子俊指出，InnoSwitch3的氮化镓系列产品推出，使得PI成为离线式切换开关IC市场的技术佼佼者。
PI持续力推GaN技术，希望能将这项技术推广到更多的应用中，例如移动设备的USB PD充电应用。新的USB PD充电标准搭配Type-C连接器，可以为各种移动设备提供高达100W的功率，而随着手机品牌商企
善用电池模拟及测试 加速物联网产品开发
物联网和移动设备的普及，带动产业对于低功耗的持续追求，相应此一趋势，高功率密度电池的模拟及测试的重要性日渐增加。在这个领域，专业测试设备研发制造商爱德克斯(ITECH)推出的IT6400系列双极性直流电源电池模拟器，堪称是明星产品。
爱德克斯电子产品应用工程师宋辰辰说明指出，IT6400系列双极性电源的功率可达150W、电流扩展至±10A，电压则扩展至±60V，不仅输出范围大为提高，且电流分辨率也提高到1nA，可以满足从nA到安培级的动态供电需求，适合应用于可携式电池供电产品测试、移动电源测试，以及LED测试等领域。
IT6400系列不仅
朝中高功率发展 无线充电应用更广
移动设备愈来愈多，随着手机、笔记本电脑、穿戴装置等产品数量的快速增加，线缆纠结的问题愈来愈让人无法忍受，对于无线充电技术的期待日渐加深。智能手机纷纷提供无线充电功能，而随着无线充电技术进展至支持中、高功率，市场上将会看到越来越多的笔记本电脑、穿戴式装置、家电用品，甚至是电动汽车等设备皆能够支持无线充电。
恩智浦半导体(NXP)是无线充电技术的领导厂商之一，该公司行销经理Silvan Ho表示，无线充电联盟(Wireless Power Consortium；WPC)的Qi标准已在5W~15W等低功率无线充电市场中取得领先地位，且随着中高功率无线充电标准的确立
笔记本电脑充电IC 响应速度要够快
网络无远弗届，促使移动办公风潮兴起。无处不能办公的前提，除了要有网络之外，方便携带的笔记本电脑也是必要条件。如同其他移动设备，笔记本电脑始终在追求轻薄化，然而同时还得提供实时的效能。在这样看似矛盾的要求下，用于笔记本电脑的充电IC，必须能够在系统重载的情况下，使电池和适配器同时为系统供电(Hybrid Power)，以满足系统对电能的需求。
很重要的，电池供电响应速度必须够快，才不会导致系统电压下降，且不会让适配器在短暂过载情况下，导致过载保护，甚至是系统死机。此外，响应速度够快，能使电池的充电效率更高，速度更快。因此，充电IC的选择，必须考量响应速度。
