半導(dǎo)體技術(shù)創(chuàng)新幫助電子產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)綠色節(jié)能

　　前段時(shí)間全球關(guān)注的一個(gè)新聞是墨西哥灣的原油泄漏事件，每天大約40000桶漏油不僅僅是一個(gè)巨大浪費(fèi)，也是一個(gè)生態(tài)災(zāi)難。其實(shí)從全球功率效率的角度看，由于用電設(shè)備效率低下造成的能源損失和過(guò)多“溫室氣體”排放也不可輕視。根據(jù)環(huán)境影響評(píng)估機(jī)構(gòu) (EIA)的預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)，從2005年到2030年，全球能源消耗將增長(zhǎng)50%。而在亞洲，降低排放的壓力也非常大。中國(guó)大陸第十一個(gè)“五年計(jì)劃” (2006-2010年) 要求單位GDP的溫室氣體排放要降低20%，但在前四年只減低了14.38%。要解決這些突出的全球性能源和環(huán)境問(wèn)題，可能需從兩個(gè)方面著手，一是要提高現(xiàn)有能源的使用效率，二是要提供盡可能多的可替代能源或者可再生能源，而這兩種方式都離不開(kāi)半導(dǎo)體技術(shù)的創(chuàng)新。

　　功率半導(dǎo)體的創(chuàng)新體現(xiàn)在多個(gè)方面，可以是電路架構(gòu)和設(shè)計(jì)創(chuàng)新，也可以是集成度、以及封裝技術(shù)的改進(jìn)。在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)中，飛兆半導(dǎo)體的創(chuàng)始人之一Gordon Moore先生發(fā)明的“摩爾定律”見(jiàn)證了集成電路(IC)的發(fā)展歷程。在功率半導(dǎo)體領(lǐng)域，也沒(méi)有完全脫離該“摩爾定律”的影響。譬如說(shuō)，在LED市場(chǎng)，有一個(gè)類(lèi)似的Haitz定律 (Haitz’s Law)：LED亮度約每18-24個(gè)月可提升一倍。而LED技術(shù)也致力提高功率半導(dǎo)體的集成度和效率，把更多的功能和特性集成在一起。譬如飛兆半導(dǎo)體的FAN6754即是一款高集成度PWM控制器，相比其它解決方案，F(xiàn)AN6754可提供高電壓?jiǎn)?dòng)，將輕負(fù)載下的能效提高25%，還集成有過(guò)壓(OVP)、過(guò)流(OCP)與過(guò)熱保護(hù)(OHP)功能，以及電壓過(guò)低和線(xiàn)路補(bǔ)償功能，可以省去外部保護(hù)電路。

　　提高功率半導(dǎo)體的集成度和效率

　　功率半導(dǎo)體的創(chuàng)新可以分為漸進(jìn)式(Evolution)和革命性 (Revolution)兩種方式。從線(xiàn)性電源到開(kāi)關(guān)電源是一種革命性創(chuàng)新，電源效率從線(xiàn)性電源的30%-50%提升到開(kāi)關(guān)電源的70%以上。但是開(kāi)關(guān)電源的效率也不斷地進(jìn)一步提升，從最初的70%提升到目前的90%以上，具體效率依賴(lài)于系統(tǒng)功率大小和要求。以移動(dòng)設(shè)備為例，其開(kāi)關(guān)電源的效率可以達(dá)到80%以上，但是由于功率較小，即使使用最新技術(shù)，進(jìn)一步提高效率有很大難度。一般家用電器的開(kāi)關(guān)電源效率可以達(dá)到85%以上，而PC電源效率則可以達(dá)到85%-90%。功率更高的服務(wù)器電源基本都要求效率在90%以上，而大功率的太陽(yáng)能逆變器要求功率效率達(dá)到95%。

　　目前開(kāi)關(guān)電源所使用的磁性元件和電容需要進(jìn)行高頻率下工作，高頻率開(kāi)關(guān)必然帶來(lái)的高損耗。目前有一個(gè)很好的技術(shù)來(lái)解決這一問(wèn)題，那就是在學(xué)術(shù)界非常出名的“軟開(kāi)關(guān)” (soft switching)技術(shù)。目前，采用這種技術(shù)的器件可能不到5%，預(yù)計(jì)未來(lái)三到五年內(nèi)這種技術(shù)的普及率或許增長(zhǎng)到30%-50%，因?yàn)閷?duì)于任何一種應(yīng)用，采用該技術(shù)后效率都可以提升5%-10%，這種技術(shù)可望成為電源市場(chǎng)的又一次革命性創(chuàng)新。但是這種技術(shù)也有一些代價(jià)，系統(tǒng)的控制會(huì)更加困難，器件的精準(zhǔn)度要求非常高，可能會(huì)造成系統(tǒng)成本提高。但是，由于系統(tǒng)效率提高，又可以簡(jiǎn)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)，包括散熱等實(shí)現(xiàn)起來(lái)更加簡(jiǎn)單、容易。

　　飛兆半導(dǎo)體已經(jīng)發(fā)布了基于“軟開(kāi)關(guān)”創(chuàng)新技術(shù)的器件，包括針對(duì)電視機(jī)應(yīng)用的T-series系列產(chǎn)品, 可以使電視機(jī)電源效率從80%提升到90%，這些器件得到了許多亞洲特別是中國(guó)電視機(jī)廠(chǎng)商的歡迎，已經(jīng)占據(jù)了當(dāng)?shù)厥袌?chǎng)份額的30%-40%?！败涢_(kāi)關(guān)”技術(shù)未來(lái)也會(huì)擴(kuò)展到電視機(jī)電源以外的其他應(yīng)用領(lǐng)域，包括PC電源、街燈照明等等。預(yù)計(jì)在2011年，“軟開(kāi)關(guān)”技術(shù)將在PC電源市場(chǎng)得到廣泛應(yīng)用，屆時(shí)將提高PC電源的效率，降低PC的待機(jī)功耗，進(jìn)一步節(jié)省物料清單 (BOM)成本(見(jiàn)下圖)。

圖1：2011年前后，“軟開(kāi)關(guān)”技術(shù)將在PC電源市場(chǎng)得到廣泛應(yīng)用

　　通過(guò)封裝技術(shù)創(chuàng)新實(shí)現(xiàn)更佳產(chǎn)品

　　飛兆半導(dǎo)體在封裝技術(shù)的創(chuàng)新方面不僅僅體現(xiàn)在性能，也包括如何降低芯片的封裝成本，給客戶(hù)提供更加有競(jìng)爭(zhēng)力的方案。在上面提到的產(chǎn)品中，是真正體現(xiàn)了飛兆半導(dǎo)體在系統(tǒng)知識(shí)、電路設(shè)計(jì)和封裝技術(shù)的優(yōu)化結(jié)合。在一個(gè)封裝內(nèi)部集成有三個(gè)硅片，用獨(dú)特的封裝技術(shù)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)級(jí)封裝(SiP)，產(chǎn)品只有9個(gè)引腳，使電子產(chǎn)品的可靠性得到很大提升，產(chǎn)品組裝更容易。同時(shí)，由于產(chǎn)品集成度提高，也使總體設(shè)計(jì)體積減小，PCB布局和設(shè)計(jì)更加容易。

　　降低馬達(dá)和照明市場(chǎng)的能耗

　　從全球市場(chǎng)來(lái)分析，馬達(dá)控制市場(chǎng)占全球能源消耗的50%以上，照明市場(chǎng)則占19%，而消費(fèi)產(chǎn)品和IT各占百分之十幾左右。據(jù)此可以看出，全球大部分的能源消耗是在馬達(dá)運(yùn)動(dòng)和照明市場(chǎng)，這也是飛兆半導(dǎo)體近來(lái)非常關(guān)注的領(lǐng)域。 在白色家電等需要運(yùn)動(dòng)控制的市場(chǎng)，產(chǎn)業(yè)所面臨的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)是如何提高能效，降低系統(tǒng)成本，并簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)。從感應(yīng)馬達(dá)到永磁馬達(dá)的轉(zhuǎn)變可以使系統(tǒng)效能提高5%，而直流逆變器在變頻空調(diào)等家電中的采用則可以使系統(tǒng)節(jié)能達(dá)到40%以上 (見(jiàn)下圖)。飛兆半導(dǎo)體在空調(diào)器、洗衣機(jī)和電冰箱等白色家電市場(chǎng)擁有完整的解決方案，高效率集成式Motion-SPM功率模塊，能夠替代多達(dá)22個(gè)分立元件，適用于高達(dá)3kW范圍的家用電器和工業(yè)電機(jī)應(yīng)用，在緊湊Mini-DIP封裝內(nèi)集成了經(jīng)過(guò)全面測(cè)試的元件，包括HVIC、LVIC、NPTIGBT、FRD、以及自舉電路二極管，可為高能效的三相電機(jī)提供出色的變頻功率部分控制功能，能夠大大減小線(xiàn)路板空間、降低制造成本、縮短產(chǎn)品上市時(shí)間及提高系統(tǒng)可靠性。

圖2：直流逆變器在變頻空調(diào)等家電中的采用則可以使系統(tǒng)節(jié)能達(dá)到40%以上

　　照明市場(chǎng)一個(gè)革命性的創(chuàng)新將是LED照明取代傳統(tǒng)的照明方式。舉例來(lái)說(shuō)，現(xiàn)在使用的50W白熾燈泡，如果采用LED，可以用5W的LED燈來(lái)替代。LED照明最突出的問(wèn)題LED燈的壽命和二次光學(xué)設(shè)計(jì)等問(wèn)題，而LED燈的壽命和使用環(huán)境、電源驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)有很大關(guān)系。在LED照明中，只有20%的熱量是由LED產(chǎn)生，而其余80%的熱量則是由驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)生。因此，提高電源驅(qū)動(dòng)的效率非常關(guān)鍵。飛兆半導(dǎo)體的200W DC-DC電源參考設(shè)計(jì)RD212采用零電壓開(kāi)關(guān) (ZVS) 技術(shù)，系統(tǒng)效率可高達(dá)94%，并具有過(guò)壓保護(hù) (OVP)、過(guò)載保護(hù) (OLP)、過(guò)流保護(hù) (OCP)、異常過(guò)流保護(hù) (AOCP)和內(nèi)部過(guò)熱關(guān)斷保護(hù)(TSD)等許多保護(hù)功能。這款設(shè)計(jì)是飛兆半導(dǎo)體結(jié)合在電路設(shè)計(jì)和封裝技術(shù)方面創(chuàng)新的范例。其中包括用“軟開(kāi)關(guān)”技術(shù)實(shí)現(xiàn)的綠色FPS功率開(kāi)關(guān)FSFR2100，在高導(dǎo)熱效率的SiP封裝中集成了脈沖頻率調(diào)制 (PFM) 控制器和高壓柵極驅(qū)動(dòng)器、兩個(gè)快速恢復(fù)MOSFET(FRFET) 以及如軟啟動(dòng)和間歇工作模式等重要的保護(hù)功能。能夠處理高達(dá)200W功率而無(wú)需使用散熱片。

　　便攜式設(shè)備市場(chǎng)

　　在便攜式設(shè)備市場(chǎng)，由于功率較低，要大幅度提高功率效率是一個(gè)挑戰(zhàn)。但是由于便攜式設(shè)備出貨量很大，哪怕是細(xì)微的效率改進(jìn)都可以匯聚為巨大的能源節(jié)省。以手機(jī)為例，2009年全球手機(jī)出貨量已經(jīng)達(dá)到12億部，要提高手機(jī)等以電池供電的便攜式設(shè)備功率效率，需要更高效率地管理電池充電和放電兩個(gè)過(guò)程。當(dāng)代手機(jī)需要多個(gè)電壓，以便滿(mǎn)足顯示屏、基帶處理器、閃光燈等要求，飛兆半導(dǎo)體擁有升壓/降壓轉(zhuǎn)換器、LED驅(qū)動(dòng)器、低壓MOSFET、以及負(fù)載開(kāi)關(guān)等高效電源管理方案，飛兆半導(dǎo)體的TinyLogic?器件可以與基帶處理器通用I/O直接對(duì)接，具有極低的靜態(tài)電流。

　　充電器市場(chǎng)

　　在充電器市場(chǎng)，所面臨的突出挑戰(zhàn)是滿(mǎn)足能效更高、體積更小、物料成本更低的設(shè)計(jì)要求，這需要半導(dǎo)體供應(yīng)商提高集成度，并不斷減少外圍元件數(shù)量。在提高能效方面，諾基亞 (Nokia)、三星 (Samsung)、索尼-愛(ài)立信 (Sony Ericsson)、摩托羅拉(Motorola)和LG等手機(jī)廠(chǎng)商提出的五星級(jí)充電器要求，在沒(méi)有負(fù)載情況下待機(jī)功耗不超過(guò)30mW，這對(duì)于電源適配器和充電器提出了更高要求，半導(dǎo)體的初級(jí)端調(diào)節(jié) (Primary Side Regulation) 技術(shù)是一種理想的解決方案。此外，飛兆還擁有高效USB附件/充電器等解決方案。