首款 PWM 器件：打开了电源管理产业发展的大门
作者：Robert Mammano，德州仪器 (TI) 技术专家兼 TI 科学家 www.ti.com.cn
当您知道产品的市场空间以后，要想改进一项产品的技术是轻而易举的。但是，在尚不十分确定其市场接受程度时，要想得到一个最初的理念并将其转化为产品就显得困难多了。
这就是我们 1975 年在美国 Silicon General 公司开发第一款脉宽调制 (PWM) 控制芯片时所面临的挑战（至少我们市场营销经理是这么对我讲的）。他认为开发一款实施电源控制转换技术的 PWM 器件等于浪费我们的时间。当时，我就想知道他的想**确与否。我知道，我们至少在军事应用中会有一个 SG1524 的市场。我们以前并不知道，第一款集成 PWM 控制器会打开几代开关调节器和开关模式电源 (SMPS) 发展的大门。
正确的地点，适宜的时机！
在 20 世纪 50 年代，开关技术被当作一种控制算法使用以调节开关电源的输出。军事与航空公司通常使用开关电源（或称为“ 转换开关”）, 这是由于其比基于变压器的传统线性电源体积要小，而且重量要轻。虽然转换开关具有较低的内部损耗，但设计起来比较复杂且需要使用大量的分立组件，从而增加了成本。
现在，许多家公司（如：摩托罗拉、仙童以及西格尼蒂克公司）都推出了大量的模拟 IC，许多都是针对 PWM 控制而专门设计的。但是，还没有专门针对转换开关的分立设计，且几乎没有任何一家公司具有成功创建 SMPS 的经验。更为重要的是，至今还没有人能够将所有这些模块集成在单个芯片上。因此，在客户上门寻求一款针对单芯片 PWM 控制器的解决方案时，我们决定冒险尝试一下。
美国 Teletype 公司打算将其较老的机械式电传打字机设备转换成更小更静音的电子机械。他们相信只要找到一款转换开关就等于找到了解决方案的一部分，但是即使是一个 SMPS 的分立实施方案也未免有点太大，因此他们让我们设计一款单芯片控制器。
当时，所有功能模块都是可以找到的且可以被集成，但是没有人能真正地将模拟和数字电路集成在同一颗硅芯片上。数字逻辑是由掺金硅制成的，其与模拟电路不兼容。
最终，我们只好求助于成就半导体产业的第一款逻辑门设计（这是对 TI Jack Kilby 数年前开发的一款数字电路的变异），该设计实现了电阻晶体管逻辑 (RTL)。该组合可允许我们实施数字电路和模拟电路。就我所知道的而言，这可能是第一款集成的混合信号半导体。
这是一个很大的挑战，而且花费了我们近一年的时间，但最终我们还是成功地设计出了 16 引脚、双列直插封装。从诸多方面来讲，SG1524 都是绝无仅有的，其中包括一个模拟误差放大器和电压参考、一个固定频率振荡器、一个脉宽定义比较器、双通道输出的门电路以及逐脉冲电流限制保护等。当然后来的器件和拓扑结构在此技术的基础上作了改进，然而，是 SG1524 为该技术奠定了基础。
打开了电源管理产业发展的大门
自从我们推出 SG1524 那天起，我们就开始不断地对其进行改进。我们的这些努力为 SG1525 和 SG1526 器件带来了更多的容量和更高的性能。最后，作为其它同类产品竞争提供商的改进或改版，我们开发出了许多由 SG1524 演变而来的全新控制电路系列。
在我** Unitrode 公司以后，20 世纪 80 年代电源产业又发生了重大的变革，即电流模式控制的出现。尽管我希望自己能够赶上这种电流模式控制概念潮流，但是我力不从心。当数字设备需要这种电源技术时，我们抓住了这种概念，并且将其转换成了硅芯片产品。电流模式控制具有更佳的动态响应和易于补偿性能以及轻松整合过电流保护的功能。
电流模式控制首先在 UC1846（其为 16 引脚器件）中完成了实施，业已证明该器件非常受电源设计人员的青睐。但是，人们公认一种 8 引脚版本则更为理想且成本更低，我们紧接着研发出了首款 8 引脚器件 UC1842 系列产品。不久，UC1842 便在销量上超过了 SG1524。
在 21 世纪初期，电源电压降至 2.2V 甚至更低，并在升压时需要更高的电流。现在，由于在低压条件下有效地检测电流变得更为困难，因此钟摆 (pendulum) 正趋向于更多地使用电压模式控制。
在整个 80 年代，其它电源管理技术和拓扑结构均得到了发展，其中的一些要比其它更为成功。从某种程度上来讲，我们对谐振模式控制寄予了很大的期望，其产生出了替代电流矩形脉冲的正弦波。我们原来认为这样会最小化开关损耗。然而，我们发现，我们在脉冲转换中节省的就是我们在高峰值中损耗的部分。80 年代和 90 年代都是探索新观念和新概念的年代。我们不断地开发出新型技术，希望让我们用户的生活更轻松，以使他们能够为其客户制造出更好的产品。在 90 年代，同一些重大突破（例如：准谐振和相移控制、功率因数校正等）相比，大多数这些技术的发展均为改进性的。
面向未来
除了在 80 年代和 90 年代期间由该产业发明的新型电路设计以外，我们有幸拥有 BiCMOS 工艺技术发展带来的重大突破。 BiCMOS 对电源管理具有深远的影响。
90 年代中期以前，电源管理采用双极工艺技术。BiCMOS 工艺的推出使得在同一块硅芯片上将电源器件和控制电路组合在一起变得更加容易。其他的好处还包括更高的开关速度、更少的寄生效应、更低的静态电流以及充分利用数字处理工艺几何体积缩小优势的能力（今天日益发展的一种趋势）。
更小的几何形状对于电源管理产业的未来十分重要，因为它是许多器件成本不断降低的重要因素之一。对于消费类电子产品（当今发展最为迅速的细分市场）来说，更是这样。与那些对成本敏感度不太高的计算机和电信行业不同，在消费类电子产品行业，最低价格决定产品未来成败，其承受了极大的成本控制压力。在 TI 收购 Unitrode 之后，我认识到 TI 的高效制造技术将会在维持产品低成本和不断提升产品质量的过程中扮演一个极为重要的角色。
当我一想到在电源管理产业中我应该从哪里开始时，我就会对今天所看到的发明感到着实吃惊。模糊模拟和数字处理技术之间的界线仅仅是一个例子。您可以看到其是如何实现电源管理技术在片上系统 (SOC) 器件中集成的。这种现象正出现在无线行业，而且没有理由不能将其应用于其它行业中。据我估计，我们在电源管理领域还可以有更多的技术突破。
|
|
楼主
标题置顶
标题高亮
