WAYON維安（KOYUELEC光與電子）維安DCDC電源管理方案與應(yīng)用

新起點(diǎn)，新征程，DCDC煉成之路

隨著新能源汽車、5G通信、工業(yè)4.0以及人工智能的快速發(fā)展，電源管理芯片的應(yīng)用場景越來越豐富。同時(shí)傳統(tǒng)行業(yè)，如網(wǎng)通、電腦、安防、工業(yè)、消費(fèi)類電子等市場持續(xù)增長，電源管理芯片的需求也在同步攀高。

DCDC是電源管理芯片中的一種提供直流電源的芯片，廣泛應(yīng)用于各種電子產(chǎn)品中，是名副其實(shí)的電子產(chǎn)品心臟。廣義的DCDC包括線性穩(wěn)壓器（LDO）、開關(guān)穩(wěn)壓器(DCDC)和電荷泵穩(wěn)壓器(Charge Bump)，我們通常所說的DCDC是指開關(guān)穩(wěn)壓器。

DCDC的工作原理是通過控制開關(guān)組件的開通和關(guān)閉來傳輸能量，其工作原理決定了DC/DC具有高效率、高功率密度、允許寬輸入電壓等優(yōu)點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)降壓和升壓，并具有優(yōu)良的熱性能。下圖是DCDC常用的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

圖1 DCDC常用的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

DCDC開關(guān)電源高功率密度的優(yōu)點(diǎn)，更適合大電流、高電壓、高效率、小型化的應(yīng)用需求，比如基站，數(shù)據(jù)中心，機(jī)器人，新能源汽車等新興行業(yè)的應(yīng)用。參考未來智庫數(shù)據(jù)分析，在未來五年，全球DCDC的市場規(guī)模將達(dá)到50億美金，而中國市場的需求將超過30%。

圖2 圖片來源：未來智庫

雖然DCDC的市場空間廣闊，但是主要的市場份額都被國外模擬芯片巨頭占據(jù)，國產(chǎn)廠商的市場占有率偏低，未來國產(chǎn)廠商發(fā)展空間巨大。

模擬芯片的開發(fā)周期長，研發(fā)投入大，依賴研發(fā)人員的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，還需要工藝的支持。海外模擬芯片的大廠大多是IDM模式，產(chǎn)品種類齊全。中國半導(dǎo)體市場在歷次供應(yīng)短缺中，不可避免的受到了海外廠商供應(yīng)的限制，客戶沒有任何議價(jià)權(quán)，DCDC國產(chǎn)化的重要性和緊迫性日趨凸顯。

同時(shí)，在芯片產(chǎn)業(yè)上升到國家戰(zhàn)略層面的大背景下，隨著國產(chǎn)工藝的成熟和產(chǎn)能的提升，國產(chǎn)半導(dǎo)體在DCDC上迎來了巨大的發(fā)展機(jī)遇。

根據(jù) Frost & Sullivan 統(tǒng)計(jì)，2020年中國電源管理芯片市場已經(jīng)規(guī)模突破 800 億元，約占比全球電源管理芯片市場的35.9%。預(yù)計(jì)2020年至2025 年，中國電源管理芯片市場規(guī)模將以14.7%的年復(fù)合增長率增長，至2025年將達(dá)到234.5億美元的市場規(guī)模。DCDC電源芯片約占電源管理芯片市場規(guī)模的13.12%，則2019-2021年中國DCDC電源芯片市場規(guī)模分別約為97.48億元、100.11億元和105.92億元。

圖3 數(shù)據(jù)來源：Frost & Sullivan

能源效率和電力供應(yīng)是任何行業(yè)發(fā)展的首要關(guān)注點(diǎn)，數(shù)據(jù)中心、安防、網(wǎng)絡(luò)通信、汽車計(jì)算及移動(dòng)安全等對(duì)穩(wěn)壓電壓和電流源的要求的發(fā)展在很大程度上取決于各種類型的DCDC轉(zhuǎn)換器，這在很大程度上不斷增加了DCDC的市場規(guī)需求。維安將基于深耕多年的安防和網(wǎng)通行業(yè)應(yīng)用為起始點(diǎn)，充分發(fā)揮自身在市場和研發(fā)方面的優(yōu)勢(shì)，多線發(fā)展，為客戶提供更有價(jià)值的電源方案。

安防監(jiān)控應(yīng)用

圖4 維安DCDC在攝像頭上的應(yīng)用方案

安防監(jiān)控的電源一般采用PoE或者DC 12V直流供電，經(jīng)過第一級(jí)DCDC降壓到5V或3.3V，再通過第二級(jí)DCDC轉(zhuǎn)換器進(jìn)行降壓為DSP、DDR、PHY提供電源。

網(wǎng)通行業(yè)

圖5 維安DCDC在無線路由器上的應(yīng)用方案

網(wǎng)通類產(chǎn)品大多使用12V的適配器進(jìn)行供電，，經(jīng)過第一級(jí)DCDC降壓到5V或3.3V，再通過第二級(jí)DCDC轉(zhuǎn)換器進(jìn)行降壓為各個(gè)子系統(tǒng)進(jìn)行供電。

WD2306輸入電壓范圍2.5V to 5.5V，輸出電壓范圍0.6V to 3.6V，完全滿足DSP供電要求；工作效率最高可達(dá)94%，靜態(tài)電流＜20uA，關(guān)斷電流僅0.1uA，可以有效的降低其設(shè)備的功耗；其內(nèi)部集成了高邊和低邊功率MOSFET，使外部應(yīng)用電路簡單；最高開關(guān)頻率可達(dá)2MHz，可以采用小尺寸電感，降低BOM成本；同時(shí)內(nèi)部集成了多種保護(hù)功能，包括過流保護(hù)、過壓保護(hù)、軟啟動(dòng)等功能，提高了器件可靠性。

WD2316輸入電壓范圍4.5V to 18V，輸出電壓范圍0.8V to 7.0V，最高工作效率高達(dá)93%，靜態(tài)電流170uA，關(guān)斷電流小于3uA；采用COT控制方式，有利于輸出的快速瞬態(tài)響應(yīng)，內(nèi)部集成低導(dǎo)通電阻的高邊和低邊功率MOSFET，同時(shí)內(nèi)部集成過壓保護(hù)、軟啟動(dòng)、過溫保護(hù)等功能，其外圍電路也是相對(duì)簡單,以降低客戶BOM成本為目標(biāo)。

以上5V/18V兩款DCDC都會(huì)推出SOT23和SOT563兩個(gè)封裝，其中SOT563是目前市場同樣規(guī)格最小的尺寸，采用先進(jìn)的FLIP-CHIP封裝，大大減少因?yàn)榇蚓€帶來的寄生參數(shù)的干擾，并進(jìn)一步提高效率。

未來，維安會(huì)結(jié)合自身市場特點(diǎn)，制定一個(gè)長期的DCDC的發(fā)展規(guī)劃，滿足各種市場的應(yīng)用需求。針對(duì)傳統(tǒng)的網(wǎng)通，安防，TV等市場，維安在2022會(huì)推出5V/18V/28V，3A以下的通用性比較強(qiáng)的DCDC產(chǎn)品，2022年同步會(huì)啟動(dòng)高壓小電流的產(chǎn)品的開發(fā)，比如40V/60V/80/100V，滿足工業(yè)，汽車，BMS等等市場的需求。同時(shí)維安還會(huì)針對(duì)CPU，FPGA，SOC等強(qiáng)大算力的應(yīng)用，比如通訊，網(wǎng)絡(luò)，數(shù)據(jù)中心等行業(yè)，規(guī)劃大電流的DCDC產(chǎn)品，在3~5年內(nèi)逐步完善DCDC的產(chǎn)品線。

審核編輯黃昊宇