从ISSCC 2018会议看电源管理的五大创新

作者 / 迎九

　　近日，在“2018-IEEE国际固态电路峰会(ISSCC 2018)北京发布会”上，ISSCC模拟集成电路委员会委员、复旦大学洪志良教授介绍了电源管理方面的最新成果。

　　衡量电源好坏主要有三个指标：1.性能，其中效率是重要指标，2.功能，3，成本。电源非常重要，例如手机电源不好，会引起爆炸。

　　电源转换器技术主要用三种途径提升效率：1.新的电源架构，2.新的控制技术，3.用数字技术来辅助实现模拟电源。

　　从ISSCC 2018会议录用的论文，可以看到主要有五大方向。

　　*第一个方向是开关电源的混合架构方向。最早的开关电源采用一个电感或一个电容，后来随着控制技术的发展，输出电压变化范围大了，有更高的指标，用控制技术集成起来，即把buck、Boost集成起来(如图2左)。后来发现还不够，从SISO到SIMO,例如用一个输入，实现十个输出，同时用数字技术让开关电源做得更细，这样可改变的台阶更多，以提高效率。最新的开关电源把这两种技术合起来，成为混合型电源。今年的论文介绍的是把更多的架构和输入控制技术放进来，使电源有更多、更快的输出性能。

　　*第二个方向是向更高的频率和更大的功率输出发展，除了传统的Si基材料，人们正探索采用新型材料，诸如SiC和GaN。GaN是新技术，这两三年GaN在国际上变化非常快，都是在Si基础上做GaN，例如把GaN与CMOS的驱动电路集成在一个芯片上。新的成果将在2018年2月公布。

　　*第三个方向是包络电源。过去电源只有Class A、B、AB等，最新的是Class I。Class I指电源电压随信号变化而变化，例如信号是21V，电源就是23V;若信号降到2.8V，电源则降到3.0V，原则是只要电源能给信号供电就行，以降低能耗，叫包络电源，是这两年新的方向。包络电源的难度是频率不断提高，因为LTE的频率从过去的5M、10M、20MHz，已到2017年40MHz，2018、2019年有望达到80M、100MHz，包络电源要随着它发展。2018年2月13日的ISSCC会议上将公布80MHz的包络电源，效率从去年的75%左右提升到80%以上。其中有两家是公司(MTK和三星)直接做包络电源的，用于新的手机芯片。

　　*第四个方向是能量收集。能量来自光、机械振动、无线等。因为IoT设备的一些应用场景是无法供电的。很多单位、公司在研究。ISSCC上，将有一篇《A 30nA Quiecent 80nW to 14mW Power Range Shock-Optimized SESC-based Peizoelectronic Harvest interface with 420% Harvested Energy Improvement》论文，2017年ISSCC发表的成果是240nW，今年信号启动后可以输出14mW功率。

　　*第五个方向是无线能量转换。现在信息无时无刻不在，如何用新的技术手段，使信号能到的地方，我们就能把能量追到那里去。其实这种案例早就有了，例如太阳照耀。2018年2月的ISSCC会上，会有论文探讨利用WiFi邻近不用的通道接收能量，不同的通道收发信息。例如我的手机没电了，你的手机有电，通过无线，你手机的能量就悄悄传到我的手机上了，像吸金大法。这种方法，2017年公布的效率50%几,2018年2月公布的效率将达到70%。

　　“ISSCC会议不仅是最新技术的反映，还引领了今后的发展。”洪志良教授称。据悉，本次举办的第65届 ISSCC 峰会(ISSCC 2018)将于2018年2月11日-2月15日在美国旧金山举行，大会共录用了202篇论文。详见http://ISSCC.org/。

　　本文来源于《电子产品世界》2017年第12期第77页，欢迎您写论文时引用，并注明出处。