电源管理IC在物联网需求下的应变之道

如果把处理器和传感器分别比作是电子设备的“大脑”和“五官”，那么电源管理IC就是电子设备的“心脏”，其重要性不言而喻。从市场规模来看，1998-2005年全球电源管理IC的年复合增长率达到15%。最近几年，电源管理市场随着笔记本电脑、平板、手机市场的饱和而逐渐放缓;现如今，随着物联网的发展，电源管理IC的应用领域逐渐从消费电子、网络通信延伸至汽车电子、新能源、智能硬件等领域，或许会迎来新的市场爆发契机。

然而电源管理IC在物联网时代也不可避免地遇到一些问题。一方面，传统的电源管理IC逐渐无法实现低输出电压范围的精准稳压、快速动态响应、远程监控等来匹配高性能芯片的功能需求;另一方面，由于物联网具备体量巨大但市场碎片化、应用分散化的特性，如何通过提升电源管理IC的设计灵活性和简易性来加速产品上市时间，以及根据应用需求做定制化成为电源管理IC需要直面的难题。通过采访国际国内外知名的电源管理IC企业，发掘电源管理IC会哪些新“招式”来应对物联网发展需求。

1.好锅配好盖，数字化、定制化电源管理IC匹配碎片化的物联网诉求

物联网时代，功能越来越强大的服务器、通信设备等产品推动了半导体工艺技术不断升级，体积小、性能强大的芯片要求电源管理IC能提供更智能的控制环路、更快速的动态响应、更高的电压反馈精度以及更简化的外围电路布局设计。面对这些要求，拥有集成度高、快速响应、设计灵活、可控性强等优势的数字电源技术备受青睐。

举个例子，无人机在空中飞行时的环境瞬息万变，要想实现无人机的动态平衡，除了应用磁性角度传感器(Angle Sensor)来确保马达运动的平稳以及24G/60G雷达定位的配合使用，数字电源IC的作用也至关重要。因为在飞行中，数字电源IC要能够精确而迅速地分配不同的动态电压到螺旋桨的直流无刷电机，进而控制不同螺旋桨的旋转力度来保证飞机的平稳飞行。这个时候，数字电源快速响应、在输出电压范围内实现极高精确稳压的优势在无人机上凸显的淋漓尽致。

随着物联网各种电源管理IC应用领域的不断延伸，对数字电源IC的需求更加差异化，针对不同应用做数字电源IC定制化成为未来的发展趋势之一。

关于电源管理IC的定制化趋势，Altera的Enpirion电源产品中国区高级业务经理张伟超指出，电源管理IC厂商需要认真倾听不同类产品系统芯片的需求，加强与数字组芯片厂家的沟通合作。只有这样，电源IC的目标设计规格才显得更有意义，这种为系统性能需求而定制的电源设计最终能为产品性能、功耗优化做出巨大的贡献。

加强主芯片厂商与电源管理IC厂商合作以满足定制化需求，似乎远不如并购来的简单粗暴，近些年国外的一系列市场并购案例更是佐证了这一点：高通收购Summit、Altera收购Enpirion、Microchip收购Micrel、MTK收购Richtek、Altera收购ZMDI的数字电源控制器部门等等。相比于国外的并购动作连连，尽管2015年以紫光集团为代表的中国半导体企业和产业资本大举海外出击，但鲜有关于对优秀电源管理IC 企业的收购案例来弥补国内在数字电源管理的不足。

图1：国外主芯片厂商收购电源管理IC厂商案例

2.降低物联网开发门槛，电源管理IC逐渐高度集成化、模块化

集成度越来越高无疑是半导体的发展趋势，特别是近年来半导体SoC化的趋势带动了电源管理IC的模块化发展。电源管理IC的模块化可以提升系统设计的灵活性和简易性，简化外围电路，同时缩短开发周期，降低系统开发成本，给电源管理IC带来的好处显而易见。

以数字电源IC为例，“目前数字电源技术在高压应用市场的主要方案包括：采用硬编码的数字IC、采用单独的微控制器等方案。但是前者在灵活性方面，以及后者在BOM成本方面，依然是阻碍数字电源在众多终端设备中使用的主要因素。”英飞凌电源管理及多元化市场事业部中国区总监梁锦文表示，“英飞凌推出的.dp数字电源平台，内置CPU、高低边驱动以及高压启动等多项可设置的模拟和数字功能，大大提高设计的灵活性和系统性能。而且由于外围电路简单、设计周期短，还可以减少系统的综合成本，加快将新产品推向市场的步伐。”

.dp数字电源平台为LED驱动电源设计带来便利，英飞凌照明IC营销负责人Ulrich Vom Bauer表示：“采用了英飞凌的数字化控制器，LED驱动电源可以在生产结束时才确定产品规格，这能为客户带来更大的灵活性，因为他们不必再花费很大代价去设计新的产品型号。借助.dp digital power 2.0，开发时间最多可缩短70%，因此，客户能显著加快将新产品推向市场的步伐。”

图2：英飞凌的.dp数字电源平台以及两款芯片

3.延伸用武之地，拓展农业、楼宇等特定应用领域

先进的电源管理IC固然很好，但是某些特定的物联网应用场合，传统的供电方式并不能很好地支撑电源管理IC的运行，可谓是巧妇难为无米之炊。且看传感器在下面几个特定场合遇到的阻碍案例：

1.在智能楼宇包括用电、用水以及相关安全操作等状况监测运用中，需要把传感器安装在各个楼层的不同位置上来收集数据。如果采用有线供电布线复杂，成本会非常高，而采用无线供电方案的电池又必须定期更换，维护难度大、人工成本高;

2.智慧农业中的传感器安装在户外，对电源的续航能力和稳定性要求更高;

3.家用烟雾报警器中的温度、湿度、气体等传感器电池的使用寿命只有一年左右，在电量耗尽又不知情的情况下会有严重的安全隐患。

由此可见，电源管理IC除了自身内功的修炼，可支持低成本、易安置、免维护的供电方式对电源管理IC及其应用也极其重要。赛普拉斯模拟产品市场经理李冬冬指出，“随着物联网的发展，下一代传感器需要超低功耗能量收集电源管理芯片方案，这种方案将通过光、振动或热能实现器件的自供电。”

针对这些难点，“赛普拉斯提供一个完整的、无电池的能量收集套件方案，包括一个电源管理芯片、EZ_BLE PRoC模块以及软件。这个方案让能量收集系统达到1.2 µWmax的启动功率,250nA 的静态电流，可以使用1x1cm2的太阳能面板在100lux光照情况下使能量收集系统负载得到最大的能量，实现自供电。方案中的EZ-BLE PRoC模块，可以简化能量收集系统负载的传感、处理以及通信功能;免费提供Easy DesignSim? 在线仿真软件，则可以简化能量收集系统设计以及能量收集系统负载的计算。”李冬冬进一步说道。

图3：赛普拉斯能量收集PMIC达到1.2 µWmax的启动功率, 250nA 的静态电流，可以使用1x1 cm2的太阳能面板在100lux光照情况下实现自供电。

总结：电源管理IC作为物联网终端的“心脏”其重要性日益凸显，但也与挑战并存。定制化、数字化、模块化为电源管理IC这颗“心脏”打开各种“心窍”，新的供电方式则让“心脏”更有动力，可在恶劣环境下“生存”。