安森美半導體 (ON Semiconductor) 在去年并購快捷半導體 (Fairchild，中文另名作＂仙童半導體＂、＂飛兆半導體＂或＂快捷半導體＂) 這家元老級功率組件廠后，在電源市場的發展可謂如虎添翼。安森美半導體大中華區應用工程中心總監張道林表示，Fairchild 的加入，將可強化高功率絕緣柵雙極晶體管 (IGBT) 產品線及超接面 (super- junction) 技術，為市場提供更廣泛的功率組件、擴大產品組合。關于如何實現智能環保的電源設計，他認為須從＂提升電源轉換效率＂著手，以降低開關損耗 (Switch Loss) 以及因阻抗而生的傳導損耗 (Conduction Loss)。
照片人物：安森美半導體解決方案工程中心總監張道林
相差損耗&諧波失真，PFC 不可少
張道林指出，降低開關損耗最有效的方式就是＂通過控制器降低開關頻率＂。他首先就＂相差損耗＂(Phase-difference Loss) 做說明：在一般電源供應器將交流電的電壓轉成高壓直流電源的過程中，會因電壓與電流波形相位不一致而導致相差損耗；若功率因子太低，就會浪費電力。在此狀況下需要進行功率因子修正 (PFC)。因此，IEC 法規明訂電源供應器大于 75W、照明大于 25W 者，須加裝 PFC 器件，盡量減少電壓與電流之間的相位差，以提高功率因子與降低電流諧波失真，歐美現已普遍奉行此規定。
張道林指出，降低開關損耗最有效的方式就是＂通過控制器降低開關頻率＂。他首先就＂相差損耗＂(Phase-difference Loss) 做說明：在一般電源供應器將交流電的電壓轉成高壓直流電源的過程中，會因電壓與電流波形相位不一致而導致相差損耗；若功率因子太低，就會浪費電力。在此狀況下需要進行功率因子修正 (PFC)。因此，IEC 法規明訂電源供應器大于 75W、照明大于 25W 者，須加裝 PFC 器件，盡量減少電壓與電流之間的相位差，以提高功率因子與降低電流諧波失真，歐美現已普遍奉行此規定。
功率因子 (Power Factor, PF) 與總諧波失真 (Total Harmonic Distortion, THD)，即是判斷 PFC 控制器效能的主要指標。張道林進一步解釋，PFC 分為有源和無源兩種：前者是由電感、金氧半場效晶體管 (MOSFET)、二極管 (Diodes)、電容以及控制 IC 等組件所構成，功率因子可達 0.9 以上，轉換效率較高；后者是以電感組件補償輸入電壓與電流之間的相位差，功率因子僅 0.7～0.8，但結構簡單、成本低是其優點。PFC 的操作模式又可基于功率等級，分為連續、非連續與臨界導通等三種模式：非連續與臨界導通模式適用小于 300W 的應用，連續模式則適用于 300W 以上的高功率。
圖1：安森美是高性能電源轉換的領導廠商之一
資料來源：安森美半導體提供
張道林補充，當系統處于全載時最須留意的是傳導損耗；要降低 PFC 的傳導損耗，除了降低峰值電流外，還可通過采用低導通 RDS (ON) 電阻值之 MOSFET 達成目的；要求低功耗的輕載或無載，高頻率開關所產生的切換損耗則是致命傷，可經由 PFC 控制器在輕載時降低切換頻率來實現。若再輔以突波模式 (Burst Mode)、優化待機／休眠／喚醒機制，就能打造最省電的系統。因此，電源設計是否夠智能省電達到低功耗高效率的要求，＂關鍵就在控制器＂。
＂超接面＂應用普及加速＂氮化鎵＂商用，2020 年見甜蜜點
張道林以物聯網 (IoT) 應用為例，＂系統及平臺主機須永遠不斷線＂(always- on)，是節能系統設計最大的挑戰所在。為降低待機狀態的功耗，＂智能無源感測＂組件是較建議的解決方案；它是類似 e-tag 的無源傳感器，平時全然不須耗電，僅在需要時才讀取數據即可。然而，其它感測組件如光學／影像等此類 CMOS 傳感器，卻必須＂常保清醒＂，否則就失去監控的意義；與此同時，運作需不需要采用電池？也是一個重要考慮。談到開關式電源 (Switch Power)，安森美半導體亦是氮化鎵 (GaN) 的先驅之一。
張道林以物聯網 (IoT) 應用為例，＂系統及平臺主機須永遠不斷線＂(always- on)，是節能系統設計最大的挑戰所在。為降低待機狀態的功耗，＂智能無源感測＂組件是較建議的解決方案；它是類似 e-tag 的無源傳感器，平時全然不須耗電，僅在需要時才讀取數據即可。然而，其它感測組件如光學／影像等此類 CMOS 傳感器，卻必須＂常保清醒＂，否則就失去監控的意義；與此同時，運作需不需要采用電池？也是一個重要考慮。談到開關式電源 (Switch Power)，安森美半導體亦是氮化鎵 (GaN) 的先驅之一。
圖2：安森美 LC709203 電池電量檢測器IC，可用于無線／便攜設備
資料來源：安森美半導體提供
張道林強調，GaN 特別適用于高頻率開關的適配器；相較于硅組件，GaN 因漏極 (drain)—源極 (source) 電壓更穩定，具有相對低的導通即切換損耗的特性，所以所需要的電感、電容尺寸可大幅縮減，連帶整個功率模塊及變壓器的體積也輕巧許多。FINsix 公司在 2014 年美國 CES 展出的 65W 電源供應器，尺寸只有原來的傳統適配器 1/3，就是采用 GaN 組件。不過他透露，要提高電源供應效率及降低損耗，輕載或無載狀態下的＂降低損耗＂極為關鍵，而＂良率＂仍是 GaN 大量商用化的門坎；所幸，＂超接面＂工藝對加速普及貢獻良多。
張道林預估，隨著技術的成熟、密度及效率的進步，GaN 市場可望在 2020 年來到價格甜蜜點。至于漸受矚目的無線充電，身為 AirFuel 聯盟一員的安森美半導體難掩興奮地宣布：＂我們已接獲來自于亞洲首家量產 AirFuel 模塊廠商的大單！＂他表示，AirFuel 一開始就采磁諧振及電源管理算法 (PMA) 方式充電，是安森美半導體決定投入的最大誘因。面對有人提出：NFC 的工作頻率為 13.56 MHz，剛好是 AirFuel 6.78 MHz 充電頻率的兩倍，會引發＂倍頻＂諧波的質疑，張道林的回應是：AirFuel 無線通信功能并非內建在功率模塊中，可借助嵌入式調諧器 (tuning) 解決。
最后，張道林總結有三大競爭優勢：1.與高通、聯發科等通信平臺芯片廠密切合作，合力搭建平臺提升效能、共同推廣；2.擁有完整無線充電、穿戴設備等軟件開發工具包 (SDK)；3.組件多經過國際標準認證，用戶可盡速量產且確保質量無虞。
圖3：安森美半導體的物聯網開發工具包 (IDK) 提供一個可配置的平臺，包括一個主板和一個 ARM Cortex-M3 處理器
資料來源：安森美半導體提供
