关于电源管理与隔离芯片应用最新趋势7问7答

1. 5G、人工智能、数据中心、新能源汽车和工业物联网等行业发展，推动了电源管理芯片和功率器件使用量和技术升级，如何看待其中的机遇？市场空间有多大？

John Wilson：Silicon Labs对电动汽车和混合动力汽车市场的快速增长特别感兴趣并参与其中，因为我们开发了可用于电源系统的集成式电气隔离产品。电源系统的例子包括车载充电器，DC-DC转换器，电池管理系统和牵引逆变器。凭借强大的数字隔离器、隔离栅极驱动器及隔离电流和电压传感器产品组合，我们可以为隔离系统控制提供基本且必要的组件。此外，电机控制等工业市场和太阳能逆变器等能源市场可望继续增长。

2. 厂商开始布局汽车级、工业级、军品级甚至是宇航级电源器件，这些高端应用的产品主要侧重于哪些特性？贵司的相应产品有哪些？

John Wilson：许多航空航天公司传统上都有很多专门为他们制造的、具有极高可靠性和低缺陷率的电源器件，而现在他们转向了汽车行业，以寻求具备高可靠性且成本低得多的产品。汽车领域所期望的低缺陷率、长产品寿命和广泛认证（例如，针对有源集成电路的“AEC-Q100”认证，这也是Silicon Labs所有隔离产品组合要达到的认证水平）已被证明足以用于航空航天领域。

这种变化有助于航空航天行业获取最新的技术和进展，而不是依赖于“军用规格”或“抗辐射”的旧技术。因此，汽车、工业和航空航天的电源系统要求低缺陷率、扩展的工作温度（-40℃-125℃）和可靠的认证，这些Silicon Labs都可以提供。

3. 以碳化硅（SiC）、氮化镓（GaN）为代表的宽带隙半导体已经获得认可，应用锁定新能源汽车盛行、5G基站等高增长领域，您如何看待此类技术的发展趋势？

John Wilson：相比氮化镓（GaN），碳化硅（SiC）似乎在各个细分领域中都更快地被市场所接受。SiC拥有一些优势，包括更高的工作电压，对短路损坏的敏感性更低，更广泛的供应和可用性，以及在成本曲线方面可能领先一些。这并不是说GaN不发展，它会发展，但是其接受曲线似乎要落后一些。Silicon Labs对这些趋势持中立态度——我们开发的隔离栅极驱动器适合任何开关类型，而且我们和两种宽带隙功率晶体管的供应商都已建立了合作伙伴关系。

4. IGBT在高压电力和汽车应用中的使用量较高，SiC会取代IGBT吗？SiC在汽车领域普及面临的难题是什么？

John Wilson：根据我们接触过的许多整车厂（OEM）的看法，作为一种示例应用，电动汽车/混合动力汽车的牵引逆变器将继续长期采用IGBT。IGBT成本较低、性能稳定、用途广泛，并且非常适合汽车应用，特别是汽车电池电压会保持在大约450-500V以下的情况。然而，大多数客户表示，对于800V及更高的电压，SiC是更好的选择。凭借更好的耐高温特性、更小的物理尺寸、更高的开关频率和更低的开关损耗，SiC在800V系统中具有明显的优势。 但是，SiC功率晶体管的成本要高得多。

OEM和一级供应商（Tier 1）的设计人员正努力对SiC进行成本/收益分析，因为据我们一家客户所述，在基于SiC FET的牵引逆变器的总体物料成本中，多达40％实际是SiC功率晶体管。考虑到一辆800V汽车的系统组件成本也较高，这使得很难对产品进行权衡。因此，随着时间的推移，SiC的接受度将继续增加，但是对混合动力汽车助推电机和小于500V的电动汽车而言，IGBT在很多年内将仍然可行。

5. 用户如何根据电池供电的设备选择合适的DC-DC、LDO器件？

John Wilson：由于我们在这里将电动汽车视为一种电池供电的设备，因此我将继续围绕该主题讨论。电源系统设计必须做出的一项关键决定是，要构建低压差线性稳压器（LDO）或DC-DC转换器还是选择集成了这些器件的产品。从Silicon Labs的角度来看，我们已经为当前的产品组合和未来产品路线图中的器件集成了片上稳压器和DC-DC转换器。

为本地负载点（point-of-load，POL）电源集成DC-DC转换器的优势包括：更少的器件数量、更简单的设计、更快的上市时间、针对应用的精确设计，以及更小的电路板面积，这些优势结合起来可以实现更小的尺寸和更低的成本。

6. LDO、DC-DC、参考电压、电池充电的技术研发的方向是什么？不同厂商的产品之间的差异化在哪里？贵司的产品优势是什么？

John Wilson：在这些技术中，我想讨论电池充电技术。汽车领域新兴的无线充电应用使电池充电这一话题尤其引人关注。贴近感应充电消除了笨重的充电电缆，增加了用户的便利性。在充电方式上，它还开启了新的可能性，例如大型公共汽车可以在停靠站或终点站充电，而无需驾驶员或技术人员连接或断开电缆。

公共有线充电点市场还是会继续快速增长。所谓的“充电桩”或外部充电器执行AC-DC转换为电动汽车电池快速充电，它们对于发展基础设施以支持数量增多的电动汽车是必要的。这些外部充电器需要隔离器件，以将大功率系统和低压系统控制、计费/信用卡系统分开。因此，对数字隔离器、隔离栅极驱动器及隔离电流和电压传感器的需求将会增加。

7. 高功率密度、低静态电流、低EMI、低噪声、高压隔离等是电源芯片追求的特性，贵司的电源芯片在这些方面表现如何？有哪些专有技术？

John Wilson：电磁干扰（EMI）是我们许多客户的系统设计人员所担心的问题。他们必须在PCB和模块层面通过严格的EMI/EMC测试，以证明该子系统在大型车辆中合格。Silicon Labs对自己的隔离产品进行了严格的设计，以实现低辐射和对电噪声的低敏感性。此外，我们提供板级产品指南和应用说明，可以帮助系统设计人员成功抑制噪声，并帮助我们的客户满足其系统级要求。

高电压性能和隔离功能是我们产品设计另外的重点所在。我们广泛致力于自己隔离产品的设计和认证，以符合所有适用的国际标准，从而建立客户的信心，确保电气系统安全，防止系统损坏，并保护人员免受伤害。随着汽车和其它应用中的电压不断升高，Silicon Labs隔离产品的作用也将伴随这些趋势不断增强。

编辑：lyn