PC及外設用電源管理技術邁向三高一低與節能的未來
發布時間:2012-08-23 來源:半導體器件應用網 責任編輯:echotang
導言: 電dian源yuan管guan理li技ji術shu在zai提ti倡chang節jie能neng環huan保bao及ji經jing濟ji不bu斷duan發fa展zhan的de今jin天tian,已yi經jing顯xian得de越yue來lai越yue重zhong要yao。可ke以yi說shuo,凡fan是shi電dian子zi產chan品pin都dou涉she及ji到dao電dian源yuan管guan理li。如ru今jin,人ren們men也ye已yi經jing越yue來lai越yue依yi賴lai電dian子zi產chan品pin了le,對dui電dian子zi產chan品pin的de功gong能neng要yao求qiu是shi越yue來lai越yue高gao。社she會hui環huan境jing、消費者、國家政策的指引等等,都對電源管理技術提出新的要求,電源管理技術的發展也在各種挑戰中不斷提升。這一期,我們將主要針對PC外設用電源,與您一起探討電源管理麵臨的挑戰及發展方向。
dianzichanpin,yigewanquanbumoshengdemingci。huoxushaozuoguancha,ninjiuhuiliuyidaonindeshenghuozhongyijingbukehuoquedianzichanpinle。queshi,xiandaishehui,kexuejishuxunmengfazhan,shenbianyuelaiyueduorenshiyonggezhongdianzichanpin,shouji、數碼相機、電腦、電視等等,各種電子產品的身影也是隨處可見。而電dian源yuan管guan理li技ji術shu在zai提ti倡chang節jie能neng環huan保bao及ji經jing濟ji不bu斷duan發fa展zhan的de今jin天tian,已yi經jing顯xian得de越yue來lai越yue重zhong要yao。可ke以yi說shuo,凡fan是shi電dian子zi產chan品pin都dou涉she及ji到dao電dian源yuan管guan理li。如ru今jin,人ren們men也ye已yi經jing越yue來lai越yue依yi賴lai電dian子zi產chan品pin了le,對dui電dian子zi產chan品pin的de功gong能neng要yao求qiu是shi越yue來lai越yue高gao。社she會hui環huan境jing、消費者、國家政策的指引等等,都對電源管理技術提出新的要求,電源管理技術的發展也在各種挑戰中不斷提升。這一期,我們將主要針對PC外設用電源,與您一起探討電源管理麵臨的挑戰及發展方向。
節能推進電源管理技術發展 電源管理技術體現節能
suizhejienenghuanbaowentiriyiyinqizhongshi,ruhekaiyuanjieliuyijingchengweihenduobandaotichangshangzhuyaokaolvdewenti。erduiyudianyuanguanli,tishengdianyuanshejixiaolvshibandaotichangshangyudianyuanxitonggongchengshizuiguanzhudewenti。yingfeilingyizhichixuzhiliyutishengPC電源的效率,研發高效率的電源管理IC,並且提供係統解決方案。針對不同效率要求的PC台式機電源,英飛淩都有相對應的完整係統解決方案。其中電源管理IC可以分別應用在有源功率因數校正,LLC諧振式半橋和全橋變換器,正激式PWM變換器,以及輔助電源模塊。IFX90ATX300W是英飛淩開發的300W標準ATX電源樣機,其效率超過全麵90%,並且獲得80plus機構的白金認證(英飛淩是第一家獲得80plus白金證書的半導體供應商)。
英飛淩科技亞太私人有限公司高級工程師李冬博士指出:“對應於80plus金牌和白金效率的電源,我們特別推薦ICE3PCS0xG,ICE2HS01G和800V CoolSET。這三款IC可以最大限度的幫助優化功率電路的設計,減小功率損耗,提升效率,降低成本。”他還補充道,對應於80plus銅牌效率的電源,英飛淩推薦使用ICE1CS02。這顆IC將CCM PFC和he正zheng激ji變bian換huan器qi的de控kong製zhi集ji成cheng在zai一yi起qi,可ke以yi最zui大da限xian度du的de減jian小xiao電dian源yuan設she計ji工gong程cheng師shi的de開kai發fa難nan度du和he時shi間jian。內nei建jian完wan整zheng的de保bao護hu功gong能neng,在zai故gu障zhang出chu現xian時shi候hou,可ke以yi快kuai速su、準確地自我保護。集成的控製和內建的保護功能,還可以減少外部分離器件的數量,降低整機成本。
對筆記本電腦有強烈需求的消費人群來講,電池的持久性,更高的能效、設計的簡潔、攜帶的方便等都是消費考慮的主要因素。所以同樣地,作為一家專為功率及便攜設計提供高能效、易於應用及高增值的半導體解決方案——飛兆半導體。飛兆半導體第二代XS™ DrMOS係列FDMF6708N是經全麵優化的緊湊型集成MOSFET解決方案加驅動器功率級解決方案,用於大電流、高頻率同步降壓DC-DC應用。與最接近的競爭產品相比,該器件在峰值負載下(15A)效率提高2.5%,在滿負載條件下(30A)效率改善6%。該器件適用於要求開關頻率在600KHz – 1.0MHz,輸入電壓甚至達到20V的應用。可讓設計人員使用更小、更薄的電感和電容,減小解決方案的尺寸,同時滿足熱性能要求。FDMF6708N器件能夠幫助設計人員應對設計挑戰,設計出更酷、更薄且具有更高能效的Ultrabook™產品。
無(wu)論(lun)從(cong)半(ban)導(dao)體(ti)廠(chang)商(shang)還(hai)是(shi)電(dian)源(yuan)製(zhi)造(zao)商(shang)的(de)觀(guan)點(dian)來(lai)看(kan),今(jin)後(hou)的(de)主(zhu)體(ti)發(fa)展(zhan)趨(qu)勢(shi)仍(reng)將(jiang)集(ji)中(zhong)在(zai)進(jin)一(yi)步(bu)提(ti)高(gao)轉(zhuan)換(huan)效(xiao)率(lv),提(ti)升(sheng)功(gong)率(lv)密(mi)度(du),高(gao)可(ke)靠(kao)性(xing)及(ji)更(geng)低(di)成(cheng)本(ben)。而(er)電(dian)源(yuan)的(de)效(xiao)率(lv)幾(ji)乎(hu)是(shi)電(dian)源(yuan)技(ji)術(shu)與(yu)應(ying)用(yong)中(zhong)永(yong)恒(heng)的(de)主(zhu)題(ti),隨(sui)著(zhe)全(quan)球(qiu)經(jing)濟(ji)的(de)一(yi)體(ti)化(hua)和(he)對(dui)節(jie)能(neng)環(huan)保(bao)的(de)關(guan)注(zhu),更(geng)高(gao)的(de)轉(zhuan)換(huan)效(xiao)率(lv)意(yi)味(wei)著(zhe)對(dui)能(neng)源(yuan)的(de)有(you)效(xiao)利(li)用(yong)和(he)減(jian)少(shao)能(neng)耗(hao)開(kai)支(zhi)。
例如,飛兆半導體提供的AIO解決方案非常適合75W~230W功率範圍應用,包括FAN6920MR集成式臨界導通模式PFC和準諧振電流模式PWM控製器產品;FAN7382柵極驅動器;以及用於反激式拓撲和正激續流整流的FAN6204次級端同步整流(SR)控製器。而且,這些器件都具有同級最佳的無/輕負載功耗,能夠實現達到2013 ErP標準的設計,並可省去LLC解決方案所需的附加電路。[page]
另外,以全球領先的高性能模擬集成電路(IC)設計及製造商而名的奧地利微電子,針對PC及外設用方麵的電源管理IC則提供分立的低壓差線性穩壓器(LDO)、DC/DC轉換器及電源管理集成電路(PMIC)。其的LDO和DC/DC轉換器能耗及噪音都非常低。而PMIC產品提供了強大的係列編程設置,采用OTP(一次可編程)可靈活實現客戶所需的上電時序。
麵對各種挑戰 半導體廠商各有戰術
當能效標準逐漸成為電子產品新的緊箍咒,各大電源半導體廠商不得不麵對電源管理技術的全新挑戰。飛兆半導體 FDMF68xx Gen III DrMOS多芯片模塊(MCM)係列經設計能夠降低輸出感量和減少輸出電容器數目,與普通分立器件解決方案相比,該係列能夠節省多達50%的線路板空間,並提高效率,以期滿足新能源標準要求。使用飛兆半導體的高性能PowerTrench® MOSFET技術,FDMF68xx係列能夠顯著減少開關振鈴(switch ringing),省去大多數降壓轉換器應用中使用的緩衝器電路。FDMF68xx係列配合針對刀片式服務器、高性能筆記本電腦、遊戲主機和負載點(point-of-load)模塊的新能源標準和係統規範,正在推動業界對更高效率、更大電流、更高開關頻率以及更大功率密度的需求。
PC和外設電源的設計人員一直麵對對空間有限、manzushijiegedinengyuanfaguiyaoqiu,yijitigongyiyushejizhijiejuefangandetiaozhan。duiyulingxiandededianzishebeipinpaichangshang,tamenjiangjienenghehuanjingzerenshiweijingzhengyoushi。jianyujiageyeshiyigeshichangqudongli,ruguodianyuandechengbenguogao,zhexiezhizaoshangkenengfangqishixianzuidideedingdaijigonghao。yinci,naxiexuyaoewaiqijianbingqiezengjiaBOM成本的功率半導體解決方案在競爭中處於劣勢。
對於飛兆半導體這一類半導體企業來說,使用盡可能少的元器件來實現超低待機功耗的挑戰不是微不足道的。在待機/空載條件下有著數個功率損耗來源,而且,需要使用多種技術來解決所有這些問題。讓我們看看以下示例:
例如,通過利用700V JFET製zhi造zao工gong藝yi,飛fei兆zhao半ban導dao體ti器qi件jian能neng夠gou在zai器qi件jian開kai啟qi後hou切qie斷duan電dian路lu路lu徑jing,從cong而er消xiao除chu啟qi動dong電dian阻zu的de損sun耗hao。大da家jia知zhi道dao電dian源yuan可ke以yi在zai輕qing載zai狀zhuang況kuang下xia進jin入ru間jian歇xie工gong作zuo模mo式shi,通tong過guo減jian小xiao開kai關guan頻pin率lv來lai降jiang低diMOSFET的開關損耗,飛兆半導體則更進一步,通過使用創新技術,在相同的設計部件中,同時降低功率 MOSFET和PWM IC的多種損耗。而對於15W以上的適配器,需要使用一個 X電容來抑製EMI,這需要使用一個泄放電阻來進行安全放電。飛兆半導體提供一項包括一個700V MOSFET的專利電路技術,省去電阻和隨之而來的原邊ICzhongdegonglvsunhao。qitachangshangxianshizhiyoucaiyongyigehuoduogefujiadianlucainengjiejuezhegewenti。yibanjiejuefanganhuishiyongcijiduantiaojiedianlulaitigongfankuikongzhigongneng,erfeizhaobandaotiyongyouzhuanlidechujiduantiaojie(PSR)技術,不僅能夠減少反饋損耗,還能夠進一步降低功率IC的損耗。
“雖然各種工藝、電路和封裝技術能夠減少各方麵的待機功耗,但是,僅僅在能夠同時應用這些技術形式時,才可能出現真正的突破。”飛兆半導體技術行銷副經理張瑞斌認為。
目前PCdianyuanguanlidezhuyaotiaozhanshibaochichicunbubian,dafudutigaoxiaoneng。shouxian,xuanzeheshidetuopushitigaoxiaonengdejichu。dangqian,xiezhenshibianhuanqiyiqilingdianyakaitongdetedian,zaigaoxiaolvdianyuanzhongdedaoguangfanyingyong。ranhou,dianyuanguanliIC需要提供穩定的控製策略,最大限度地發揮諧振式變換器的優點。最後,隨著有源功率器件的技術進步,例如英飛淩領先的COOLMOS和碳化矽二極管,可以進一步提高電源轉換效率。
提高電源管理效能,一方麵想要保持能量轉換的綜合效率,同時還希望減小設備的尺寸;另ling一yi方fang麵mian是shi保bao護hu尺chi寸cun不bu變bian,大da幅fu度du提ti高gao效xiao能neng。為wei此ci,奧ao地di利li微wei電dian子zi最zui新xin的de產chan品pin經jing過guo特te殊shu設she計ji,可ke以yi極ji大da地di提ti高gao能neng源yuan效xiao率lv,同tong時shi降jiang低di整zheng個ge電dian源yuan解jie決jue方fang案an的de大da小xiao。
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不斷創新技術 降功耗提能效
bandaotizhizaoyeshibuduanzaikaifaduozhongchuangxinjishu,ruquanxindekongzhifangfa,keyishengqufujiadewaibuzujian,congeryekeyijiangdigonghao。zhiyoubuduanqudetupo,cainengbaochixingyefazhandeshengmingli。aodiliweidianzidianyuanchanpinshichangjingliDon Traversbiaoshi,aodiliweidianzizuixindechanpintigongdutedegonglvguanli,keyishiyonghulinghuodishixiandianyuanguanli,congerjidadijiangdipingjunnenghao,jineryanchangdianchishiyongshouming。
而素以高可靠性、卓越質量和創新性著稱的英飛淩,在模擬和混合信號、射頻、功率以及嵌入式控製裝置領域掌握尖端技術。那麼在電源管理技術中,英飛淩取得哪些突破?李冬博士娓娓道來,ICE3PCS0xG是第三代的連續電流模式功率因數校正控製IC,專門根據PC電源的要求作出優化設計。異於傳統的乘法器PFC控製策略,獨有的關斷時間控製,可以剔除複雜的外部瞬時正弦電壓采樣網絡。超低的-0.2V峰(feng)值(zhi)電(dian)流(liu)保(bao)護(hu)門(men)限(xian),將(jiang)電(dian)流(liu)采(cai)樣(yang)電(dian)阻(zu)上(shang)的(de)損(sun)耗(hao)降(jiang)至(zhi)最(zui)低(di)。內(nei)建(jian)的(de)數(shu)字(zi)陷(xian)波(bo)濾(lv)波(bo)器(qi),可(ke)以(yi)確(que)保(bao)超(chao)低(di)的(de)總(zong)電(dian)流(liu)諧(xie)波(bo)畸(ji)變(bian),同(tong)時(shi)保(bao)持(chi)快(kuai)速(su)的(de)動(dong)態(tai)響(xiang)應(ying)。
還有,ICE2HS01G是第二代的LLC諧振半橋控製IC,集成了副邊的同步整流驅動信號。創新的同步整流控製策略(專利申請中),無(wu)論(lun)變(bian)換(huan)器(qi)工(gong)作(zuo)頻(pin)率(lv)高(gao)於(yu)或(huo)者(zhe)低(di)於(yu)諧(xie)振(zhen)頻(pin)率(lv),都(dou)可(ke)以(yi)確(que)保(bao)高(gao)效(xiao)安(an)全(quan)的(de)工(gong)作(zuo)。內(nei)建(jian)的(de)保(bao)護(hu)功(gong)能(neng),可(ke)以(yi)應(ying)對(dui)各(ge)種(zhong)極(ji)端(duan)的(de)故(gu)障(zhang)狀(zhuang)況(kuang),比(bi)如(ru)輸(shu)出(chu)短(duan)路(lu)開(kai)機(ji)和(he)過(guo)載(zai)。當(dang)輸(shu)出(chu)空(kong)載(zai)或(huo)者(zhe)輕(qing)載(zai)時(shi)候(hou),IC會進入打嗝模態,確保輸出電壓穩定。
另外,800V CoolSET把控製IC和800V MOSFET封裝在一起,簡化外部元器件的數目和設計複雜度。800V耐壓的MOSFET提供更高的電壓餘量和靈活的變壓器設計。主動式的打嗝控製有效的降低待機功耗,滿足最新的待機能耗要求。
掌握核心技術也是企業不斷湧現新產品滿足市場需求的重要保證。mWSaver™是飛兆半導體對一係列嵌入在關鍵的功率適配器組件中的優化工藝和電路技術的統稱,這些功率技術創新包括五種專利技術(關斷時間調製、JFET HV(高壓)啟動電路、反饋阻抗開關、HV(高壓)放電和PSR控製),以及間歇工作模式和超低靜態電流技術。所有采用mWSaver™ 品牌技術的產品將具有:業界最低的單位器件待機空載功耗;能夠降低電阻、電容、電感和整流器等外部器件的功耗;出色的滿負載額定效率;能夠超越世界各地所有的無負載法規要求;通過省去附加電路和外圍元器件數量來降低材料清單(BOM)成本,並集成了電壓過低檢測、欠壓閉鎖(ULVO)、過壓保護(OVP)、開環保護(OLP)和過熱保護(OTP)等功能。
對於電源製造商來說,mWSaver™技術意味著妥協的終結,他們能夠獲得其客戶所要求的超低待機功耗特性,同時減少組件並降低BOM成(cheng)本(ben)。對(dui)於(yu)整(zheng)個(ge)社(she)會(hui)而(er)言(yan),這(zhe)項(xiang)技(ji)術(shu)在(zai)進(jin)一(yi)步(bu)降(jiang)低(di)能(neng)源(yuan)損(sun)耗(hao)的(de)邁(mai)出(chu)了(le)重(zhong)要(yao)的(de)一(yi)步(bu),防(fang)止(zhi)不(bu)必(bi)要(yao)的(de)自(zi)然(ran)資(zi)源(yuan)的(de)消(xiao)耗(hao),並(bing)且(qie)實(shi)現(xian)更(geng)清(qing)潔(jie)的(de)環(huan)境(jing)。
未來PC及外設用對模擬IC的需求趨勢
目(mu)前(qian)。工(gong)業(ye)筆(bi)記(ji)本(ben)電(dian)腦(nao)設(she)計(ji)的(de)發(fa)展(zhan)趨(qu)勢(shi)正(zheng)在(zai)推(tui)動(dong)業(ye)界(jie)降(jiang)低(di)元(yuan)器(qi)件(jian)高(gao)度(du),同(tong)時(shi),功(gong)率(lv)和(he)溫(wen)升(sheng)要(yao)求(qiu)促(cu)使(shi)業(ye)界(jie)提(ti)高(gao)功(gong)率(lv)密(mi)度(du)和(he)效(xiao)率(lv)。此(ci)外(wai),服(fu)務(wu)器(qi)的(de)設(she)計(ji)趨(qu)勢(shi)是(shi)轉(zhuan)向(xiang)更(geng)高(gao)的(de)功(gong)率(lv)密(mi)度(du),從(cong)而(er)為(wei)服(fu)務(wu)器(qi)中(zhong)心(xin)提(ti)供(gong)更(geng)高(gao)的(de)單(dan)位(wei)計(ji)算(suan)功(gong)率(lv),以(yi)滿(man)足(zu)提(ti)高(gao)功(gong)率(lv)密(mi)度(du)來(lai)減(jian)少(shao)運(yun)營(ying)支(zhi)出(chu)的(de)要(yao)求(qiu)。飛(fei)兆(zhao)半(ban)導(dao)體(ti)針(zhen)對(dui)這(zhe)些(xie)發(fa)展(zhan)趨(qu)勢(shi)所(suo)開(kai)發(fa)的(de)產(chan)品(pin)有(you)FDPC8011S功率級和FDMF68XX係列 DrMOS產品。
張瑞斌向記者介紹:“FDPC8011S專為更高的開關頻率的應用而開發,在一個采用全Clip封裝內集成1.4mΩ SyncFETTM 技術和一個5.4mΩ控製MOSFET、低質量因子的N溝道MOSFET,有助於減少同步降壓應用中的電容數量並減小電感尺寸。該器件具有源極朝下和低側MOSFET可以實現簡單的布局和布線,提供更緊湊的線路板布局並獲得最佳的散熱性能。”FDPC8011S具有超過25A的輸出電流,與其它普通3x3mm2 雙MOSFET器件相比,輸出電流容量提高了2倍。
飛兆半導體 FDMF68xx Gen III DrMOS多芯片模塊(MCM)係列經設計能夠降低輸出感量和減少輸出電容器數目,與普通分立器件解決方案相比,該係列能夠節省多達50%的線路板空間,並提高效率,以期滿足新能源標準要求。使用飛兆半導體的高性能PowerTrench® MOSFET技術,FDMF68xx係列能夠顯著減少開關振鈴(switch ringing),省去大多數降壓轉換器應用中使用的緩衝器電路。FDMF68xx係列配合針對刀片式服務器、高性能筆記本電腦、遊戲主機和負載點(point-of-load)模塊的新能源標準和係統規範,正在推動業界對更高效率、更大電流、更高開關頻率以及更大功率密度的需求。
對此,李冬博士也表示,功能齊全和簡單易用是PC電源管理IC的需求,也是英飛淩的產品研發方向。
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電源管理技術發展方向——高轉換效率、高功率密度、高可靠性、低成本
有(you)業(ye)界(jie)人(ren)士(shi)說(shuo),電(dian)源(yuan)管(guan)理(li)集(ji)成(cheng)到(dao)一(yi)個(ge)係(xi)統(tong)能(neng)顯(xian)著(zhe)降(jiang)低(di)成(cheng)本(ben),不(bu)僅(jin)可(ke)以(yi)提(ti)供(gong)所(suo)有(you)電(dian)源(yuan)管(guan)理(li)功(gong)能(neng),而(er)且(qie)避(bi)免(mian)了(le)相(xiang)同(tong)功(gong)能(neng)的(de)重(zhong)複(fu)實(shi)現(xian)。共(gong)享(xiang)資(zi)源(yuan)的(de)功(gong)能(neng)可(ke)以(yi)合(he)並(bing)。張(zhang)瑞(rui)斌(bin)指(zhi)出(chu),很(hen)多(duo)製(zhi)造(zao)商(shang)喜(xi)好(hao)使(shi)用(yong)模(mo)塊(kuai)解(jie)決(jue)方(fang)案(an),因(yin)為(wei)相(xiang)比(bi)分(fen)立(li)解(jie)決(jue)方(fang)案(an),模(mo)塊(kuai)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)具(ju)有(you)數(shu)項(xiang)優(you)勢(shi)。首(shou)先(xian),模(mo)塊(kuai)方(fang)案(an)有(you)助(zhu)於(yu)提(ti)高(gao)係(xi)統(tong)的(de)可(ke)靠(kao)性(xing)和(he)效(xiao)率(lv)。許(xu)多(duo)成(cheng)套(tao)設(she)備(bei)開(kai)發(fa)人(ren)員(yuan)在(zai)設(she)計(ji)功(gong)率(lv)部(bu)件(jian)和(he)柵(zha)極(ji)驅(qu)動(dong)電(dian)路(lu)時(shi)遇(yu)到(dao)了(le)困(kun)難(nan),因(yin)其(qi)布(bu)局(ju)周(zhou)邊(bian)是(shi)非(fei)常(chang)敏(min)感(gan)的(de)。而(er)模(mo)塊(kuai)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)在(zai)設(she)計(ji)中(zhong)考(kao)慮(lv)了(le)這(zhe)些(xie)因(yin)素(su),以(yi)期(qi)減(jian)小(xiao)雜(za)散(san)電(dian)阻(zu)/電感並優化開關特性,這可以通過優化矽芯片安排及縮短引線粘接長度來實現。其次,模塊方案能夠簡化成套設備的設計和製造過程。
Don Travers卻不這樣認為。他說:“我們在高性能應用處理器方麵的經驗顯示,高集成度並不比專用的PMIC解決方案更具成本效率。”
任何消耗功率的電子係統均可從獲益於更高的功率密度(更小的體積)和效率(更低的溫度和運營成本)。飛兆半導體滿足這些需求的解決方案包括: 改進半導體封裝來減少降低效率的寄生現象,並提高功率密度;投資開發基礎半導體技術,比如飛兆半導體的PowerTrench®工藝、SiC 和 GaN 工藝,以期提高功率效率;開發具有先進功率管理算法的高性能專用IC;在智能功率級(SPS) 和DrMOS等多芯片模塊中綜合利用所有上述技術,進一步提高功率效率和密度。
采用這些創新技術的市場將會遵循曆史趨勢——早期的采用者將成為努力樹立行業設計和性能標準的先驅企業,例子包括超薄型筆記本電腦廠商、超高效服務器製造商、追求設立新的能效標準白色家電製造商,以及致力突破效率和散熱限製LED照明產品製造商。
總而言之,特別是隨著節能、lvsedianyuanhedianzishebeibixuzunshouqiangzhixingnengxiaoguifan,dianzichanpinduogongnenghua,youhuachengbendefazhanqushi,dianyuanguanlijishuchaozhetigaozhuanhuanxiaolv,tishenggonglvmidu,gaokekaoxingjigengdichengbendejienengfangxiangmaijinshifuheshichangfazhanxuqiude。
dianzichanpin,yigewanquanbumoshengdemingci。huoxushaozuoguancha,ninjiuhuiliuyidaonindeshenghuozhongyijingbukehuoquedianzichanpinle。queshi,xiandaishehui,kexuejishuxunmengfazhan,shenbianyuelaiyueduorenshiyonggezhongdianzichanpin,shouji、數碼相機、電腦、電視等等,各種電子產品的身影也是隨處可見。而電dian源yuan管guan理li技ji術shu在zai提ti倡chang節jie能neng環huan保bao及ji經jing濟ji不bu斷duan發fa展zhan的de今jin天tian,已yi經jing顯xian得de越yue來lai越yue重zhong要yao。可ke以yi說shuo,凡fan是shi電dian子zi產chan品pin都dou涉she及ji到dao電dian源yuan管guan理li。如ru今jin,人ren們men也ye已yi經jing越yue來lai越yue依yi賴lai電dian子zi產chan品pin了le,對dui電dian子zi產chan品pin的de功gong能neng要yao求qiu是shi越yue來lai越yue高gao。社she會hui環huan境jing、消費者、國家政策的指引等等,都對電源管理技術提出新的要求,電源管理技術的發展也在各種挑戰中不斷提升。這一期,我們將主要針對PC外設用電源,與您一起探討電源管理麵臨的挑戰及發展方向。
節能推進電源管理技術發展 電源管理技術體現節能
suizhejienenghuanbaowentiriyiyinqizhongshi,ruhekaiyuanjieliuyijingchengweihenduobandaotichangshangzhuyaokaolvdewenti。erduiyudianyuanguanli,tishengdianyuanshejixiaolvshibandaotichangshangyudianyuanxitonggongchengshizuiguanzhudewenti。yingfeilingyizhichixuzhiliyutishengPC電源的效率,研發高效率的電源管理IC,並且提供係統解決方案。針對不同效率要求的PC台式機電源,英飛淩都有相對應的完整係統解決方案。其中電源管理IC可以分別應用在有源功率因數校正,LLC諧振式半橋和全橋變換器,正激式PWM變換器,以及輔助電源模塊。IFX90ATX300W是英飛淩開發的300W標準ATX電源樣機,其效率超過全麵90%,並且獲得80plus機構的白金認證(英飛淩是第一家獲得80plus白金證書的半導體供應商)。
英飛淩科技亞太私人有限公司高級工程師李冬博士指出:“對應於80plus金牌和白金效率的電源,我們特別推薦ICE3PCS0xG,ICE2HS01G和800V CoolSET。這三款IC可以最大限度的幫助優化功率電路的設計,減小功率損耗,提升效率,降低成本。”他還補充道,對應於80plus銅牌效率的電源,英飛淩推薦使用ICE1CS02。這顆IC將CCM PFC和he正zheng激ji變bian換huan器qi的de控kong製zhi集ji成cheng在zai一yi起qi,可ke以yi最zui大da限xian度du的de減jian小xiao電dian源yuan設she計ji工gong程cheng師shi的de開kai發fa難nan度du和he時shi間jian。內nei建jian完wan整zheng的de保bao護hu功gong能neng,在zai故gu障zhang出chu現xian時shi候hou,可ke以yi快kuai速su、準確地自我保護。集成的控製和內建的保護功能,還可以減少外部分離器件的數量,降低整機成本。
對筆記本電腦有強烈需求的消費人群來講,電池的持久性,更高的能效、設計的簡潔、攜帶的方便等都是消費考慮的主要因素。所以同樣地,作為一家專為功率及便攜設計提供高能效、易於應用及高增值的半導體解決方案——飛兆半導體。飛兆半導體第二代XS™ DrMOS係列FDMF6708N是經全麵優化的緊湊型集成MOSFET解決方案加驅動器功率級解決方案,用於大電流、高頻率同步降壓DC-DC應用。與最接近的競爭產品相比,該器件在峰值負載下(15A)效率提高2.5%,在滿負載條件下(30A)效率改善6%。該器件適用於要求開關頻率在600KHz – 1.0MHz,輸入電壓甚至達到20V的應用。可讓設計人員使用更小、更薄的電感和電容,減小解決方案的尺寸,同時滿足熱性能要求。FDMF6708N器件能夠幫助設計人員應對設計挑戰,設計出更酷、更薄且具有更高能效的Ultrabook™產品。

無(wu)論(lun)從(cong)半(ban)導(dao)體(ti)廠(chang)商(shang)還(hai)是(shi)電(dian)源(yuan)製(zhi)造(zao)商(shang)的(de)觀(guan)點(dian)來(lai)看(kan),今(jin)後(hou)的(de)主(zhu)體(ti)發(fa)展(zhan)趨(qu)勢(shi)仍(reng)將(jiang)集(ji)中(zhong)在(zai)進(jin)一(yi)步(bu)提(ti)高(gao)轉(zhuan)換(huan)效(xiao)率(lv),提(ti)升(sheng)功(gong)率(lv)密(mi)度(du),高(gao)可(ke)靠(kao)性(xing)及(ji)更(geng)低(di)成(cheng)本(ben)。而(er)電(dian)源(yuan)的(de)效(xiao)率(lv)幾(ji)乎(hu)是(shi)電(dian)源(yuan)技(ji)術(shu)與(yu)應(ying)用(yong)中(zhong)永(yong)恒(heng)的(de)主(zhu)題(ti),隨(sui)著(zhe)全(quan)球(qiu)經(jing)濟(ji)的(de)一(yi)體(ti)化(hua)和(he)對(dui)節(jie)能(neng)環(huan)保(bao)的(de)關(guan)注(zhu),更(geng)高(gao)的(de)轉(zhuan)換(huan)效(xiao)率(lv)意(yi)味(wei)著(zhe)對(dui)能(neng)源(yuan)的(de)有(you)效(xiao)利(li)用(yong)和(he)減(jian)少(shao)能(neng)耗(hao)開(kai)支(zhi)。
例如,飛兆半導體提供的AIO解決方案非常適合75W~230W功率範圍應用,包括FAN6920MR集成式臨界導通模式PFC和準諧振電流模式PWM控製器產品;FAN7382柵極驅動器;以及用於反激式拓撲和正激續流整流的FAN6204次級端同步整流(SR)控製器。而且,這些器件都具有同級最佳的無/輕負載功耗,能夠實現達到2013 ErP標準的設計,並可省去LLC解決方案所需的附加電路。[page]

另外,以全球領先的高性能模擬集成電路(IC)設計及製造商而名的奧地利微電子,針對PC及外設用方麵的電源管理IC則提供分立的低壓差線性穩壓器(LDO)、DC/DC轉換器及電源管理集成電路(PMIC)。其的LDO和DC/DC轉換器能耗及噪音都非常低。而PMIC產品提供了強大的係列編程設置,采用OTP(一次可編程)可靈活實現客戶所需的上電時序。
麵對各種挑戰 半導體廠商各有戰術
當能效標準逐漸成為電子產品新的緊箍咒,各大電源半導體廠商不得不麵對電源管理技術的全新挑戰。飛兆半導體 FDMF68xx Gen III DrMOS多芯片模塊(MCM)係列經設計能夠降低輸出感量和減少輸出電容器數目,與普通分立器件解決方案相比,該係列能夠節省多達50%的線路板空間,並提高效率,以期滿足新能源標準要求。使用飛兆半導體的高性能PowerTrench® MOSFET技術,FDMF68xx係列能夠顯著減少開關振鈴(switch ringing),省去大多數降壓轉換器應用中使用的緩衝器電路。FDMF68xx係列配合針對刀片式服務器、高性能筆記本電腦、遊戲主機和負載點(point-of-load)模塊的新能源標準和係統規範,正在推動業界對更高效率、更大電流、更高開關頻率以及更大功率密度的需求。

PC和外設電源的設計人員一直麵對對空間有限、manzushijiegedinengyuanfaguiyaoqiu,yijitigongyiyushejizhijiejuefangandetiaozhan。duiyulingxiandededianzishebeipinpaichangshang,tamenjiangjienenghehuanjingzerenshiweijingzhengyoushi。jianyujiageyeshiyigeshichangqudongli,ruguodianyuandechengbenguogao,zhexiezhizaoshangkenengfangqishixianzuidideedingdaijigonghao。yinci,naxiexuyaoewaiqijianbingqiezengjiaBOM成本的功率半導體解決方案在競爭中處於劣勢。
對於飛兆半導體這一類半導體企業來說,使用盡可能少的元器件來實現超低待機功耗的挑戰不是微不足道的。在待機/空載條件下有著數個功率損耗來源,而且,需要使用多種技術來解決所有這些問題。讓我們看看以下示例:
例如,通過利用700V JFET製zhi造zao工gong藝yi,飛fei兆zhao半ban導dao體ti器qi件jian能neng夠gou在zai器qi件jian開kai啟qi後hou切qie斷duan電dian路lu路lu徑jing,從cong而er消xiao除chu啟qi動dong電dian阻zu的de損sun耗hao。大da家jia知zhi道dao電dian源yuan可ke以yi在zai輕qing載zai狀zhuang況kuang下xia進jin入ru間jian歇xie工gong作zuo模mo式shi,通tong過guo減jian小xiao開kai關guan頻pin率lv來lai降jiang低diMOSFET的開關損耗,飛兆半導體則更進一步,通過使用創新技術,在相同的設計部件中,同時降低功率 MOSFET和PWM IC的多種損耗。而對於15W以上的適配器,需要使用一個 X電容來抑製EMI,這需要使用一個泄放電阻來進行安全放電。飛兆半導體提供一項包括一個700V MOSFET的專利電路技術,省去電阻和隨之而來的原邊ICzhongdegonglvsunhao。qitachangshangxianshizhiyoucaiyongyigehuoduogefujiadianlucainengjiejuezhegewenti。yibanjiejuefanganhuishiyongcijiduantiaojiedianlulaitigongfankuikongzhigongneng,erfeizhaobandaotiyongyouzhuanlidechujiduantiaojie(PSR)技術,不僅能夠減少反饋損耗,還能夠進一步降低功率IC的損耗。
“雖然各種工藝、電路和封裝技術能夠減少各方麵的待機功耗,但是,僅僅在能夠同時應用這些技術形式時,才可能出現真正的突破。”飛兆半導體技術行銷副經理張瑞斌認為。
目前PCdianyuanguanlidezhuyaotiaozhanshibaochichicunbubian,dafudutigaoxiaoneng。shouxian,xuanzeheshidetuopushitigaoxiaonengdejichu。dangqian,xiezhenshibianhuanqiyiqilingdianyakaitongdetedian,zaigaoxiaolvdianyuanzhongdedaoguangfanyingyong。ranhou,dianyuanguanliIC需要提供穩定的控製策略,最大限度地發揮諧振式變換器的優點。最後,隨著有源功率器件的技術進步,例如英飛淩領先的COOLMOS和碳化矽二極管,可以進一步提高電源轉換效率。
提高電源管理效能,一方麵想要保持能量轉換的綜合效率,同時還希望減小設備的尺寸;另ling一yi方fang麵mian是shi保bao護hu尺chi寸cun不bu變bian,大da幅fu度du提ti高gao效xiao能neng。為wei此ci,奧ao地di利li微wei電dian子zi最zui新xin的de產chan品pin經jing過guo特te殊shu設she計ji,可ke以yi極ji大da地di提ti高gao能neng源yuan效xiao率lv,同tong時shi降jiang低di整zheng個ge電dian源yuan解jie決jue方fang案an的de大da小xiao。
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不斷創新技術 降功耗提能效
bandaotizhizaoyeshibuduanzaikaifaduozhongchuangxinjishu,ruquanxindekongzhifangfa,keyishengqufujiadewaibuzujian,congeryekeyijiangdigonghao。zhiyoubuduanqudetupo,cainengbaochixingyefazhandeshengmingli。aodiliweidianzidianyuanchanpinshichangjingliDon Traversbiaoshi,aodiliweidianzizuixindechanpintigongdutedegonglvguanli,keyishiyonghulinghuodishixiandianyuanguanli,congerjidadijiangdipingjunnenghao,jineryanchangdianchishiyongshouming。
而素以高可靠性、卓越質量和創新性著稱的英飛淩,在模擬和混合信號、射頻、功率以及嵌入式控製裝置領域掌握尖端技術。那麼在電源管理技術中,英飛淩取得哪些突破?李冬博士娓娓道來,ICE3PCS0xG是第三代的連續電流模式功率因數校正控製IC,專門根據PC電源的要求作出優化設計。異於傳統的乘法器PFC控製策略,獨有的關斷時間控製,可以剔除複雜的外部瞬時正弦電壓采樣網絡。超低的-0.2V峰(feng)值(zhi)電(dian)流(liu)保(bao)護(hu)門(men)限(xian),將(jiang)電(dian)流(liu)采(cai)樣(yang)電(dian)阻(zu)上(shang)的(de)損(sun)耗(hao)降(jiang)至(zhi)最(zui)低(di)。內(nei)建(jian)的(de)數(shu)字(zi)陷(xian)波(bo)濾(lv)波(bo)器(qi),可(ke)以(yi)確(que)保(bao)超(chao)低(di)的(de)總(zong)電(dian)流(liu)諧(xie)波(bo)畸(ji)變(bian),同(tong)時(shi)保(bao)持(chi)快(kuai)速(su)的(de)動(dong)態(tai)響(xiang)應(ying)。
還有,ICE2HS01G是第二代的LLC諧振半橋控製IC,集成了副邊的同步整流驅動信號。創新的同步整流控製策略(專利申請中),無(wu)論(lun)變(bian)換(huan)器(qi)工(gong)作(zuo)頻(pin)率(lv)高(gao)於(yu)或(huo)者(zhe)低(di)於(yu)諧(xie)振(zhen)頻(pin)率(lv),都(dou)可(ke)以(yi)確(que)保(bao)高(gao)效(xiao)安(an)全(quan)的(de)工(gong)作(zuo)。內(nei)建(jian)的(de)保(bao)護(hu)功(gong)能(neng),可(ke)以(yi)應(ying)對(dui)各(ge)種(zhong)極(ji)端(duan)的(de)故(gu)障(zhang)狀(zhuang)況(kuang),比(bi)如(ru)輸(shu)出(chu)短(duan)路(lu)開(kai)機(ji)和(he)過(guo)載(zai)。當(dang)輸(shu)出(chu)空(kong)載(zai)或(huo)者(zhe)輕(qing)載(zai)時(shi)候(hou),IC會進入打嗝模態,確保輸出電壓穩定。
另外,800V CoolSET把控製IC和800V MOSFET封裝在一起,簡化外部元器件的數目和設計複雜度。800V耐壓的MOSFET提供更高的電壓餘量和靈活的變壓器設計。主動式的打嗝控製有效的降低待機功耗,滿足最新的待機能耗要求。
掌握核心技術也是企業不斷湧現新產品滿足市場需求的重要保證。mWSaver™是飛兆半導體對一係列嵌入在關鍵的功率適配器組件中的優化工藝和電路技術的統稱,這些功率技術創新包括五種專利技術(關斷時間調製、JFET HV(高壓)啟動電路、反饋阻抗開關、HV(高壓)放電和PSR控製),以及間歇工作模式和超低靜態電流技術。所有采用mWSaver™ 品牌技術的產品將具有:業界最低的單位器件待機空載功耗;能夠降低電阻、電容、電感和整流器等外部器件的功耗;出色的滿負載額定效率;能夠超越世界各地所有的無負載法規要求;通過省去附加電路和外圍元器件數量來降低材料清單(BOM)成本,並集成了電壓過低檢測、欠壓閉鎖(ULVO)、過壓保護(OVP)、開環保護(OLP)和過熱保護(OTP)等功能。
對於電源製造商來說,mWSaver™技術意味著妥協的終結,他們能夠獲得其客戶所要求的超低待機功耗特性,同時減少組件並降低BOM成(cheng)本(ben)。對(dui)於(yu)整(zheng)個(ge)社(she)會(hui)而(er)言(yan),這(zhe)項(xiang)技(ji)術(shu)在(zai)進(jin)一(yi)步(bu)降(jiang)低(di)能(neng)源(yuan)損(sun)耗(hao)的(de)邁(mai)出(chu)了(le)重(zhong)要(yao)的(de)一(yi)步(bu),防(fang)止(zhi)不(bu)必(bi)要(yao)的(de)自(zi)然(ran)資(zi)源(yuan)的(de)消(xiao)耗(hao),並(bing)且(qie)實(shi)現(xian)更(geng)清(qing)潔(jie)的(de)環(huan)境(jing)。
未來PC及外設用對模擬IC的需求趨勢
目(mu)前(qian)。工(gong)業(ye)筆(bi)記(ji)本(ben)電(dian)腦(nao)設(she)計(ji)的(de)發(fa)展(zhan)趨(qu)勢(shi)正(zheng)在(zai)推(tui)動(dong)業(ye)界(jie)降(jiang)低(di)元(yuan)器(qi)件(jian)高(gao)度(du),同(tong)時(shi),功(gong)率(lv)和(he)溫(wen)升(sheng)要(yao)求(qiu)促(cu)使(shi)業(ye)界(jie)提(ti)高(gao)功(gong)率(lv)密(mi)度(du)和(he)效(xiao)率(lv)。此(ci)外(wai),服(fu)務(wu)器(qi)的(de)設(she)計(ji)趨(qu)勢(shi)是(shi)轉(zhuan)向(xiang)更(geng)高(gao)的(de)功(gong)率(lv)密(mi)度(du),從(cong)而(er)為(wei)服(fu)務(wu)器(qi)中(zhong)心(xin)提(ti)供(gong)更(geng)高(gao)的(de)單(dan)位(wei)計(ji)算(suan)功(gong)率(lv),以(yi)滿(man)足(zu)提(ti)高(gao)功(gong)率(lv)密(mi)度(du)來(lai)減(jian)少(shao)運(yun)營(ying)支(zhi)出(chu)的(de)要(yao)求(qiu)。飛(fei)兆(zhao)半(ban)導(dao)體(ti)針(zhen)對(dui)這(zhe)些(xie)發(fa)展(zhan)趨(qu)勢(shi)所(suo)開(kai)發(fa)的(de)產(chan)品(pin)有(you)FDPC8011S功率級和FDMF68XX係列 DrMOS產品。
張瑞斌向記者介紹:“FDPC8011S專為更高的開關頻率的應用而開發,在一個采用全Clip封裝內集成1.4mΩ SyncFETTM 技術和一個5.4mΩ控製MOSFET、低質量因子的N溝道MOSFET,有助於減少同步降壓應用中的電容數量並減小電感尺寸。該器件具有源極朝下和低側MOSFET可以實現簡單的布局和布線,提供更緊湊的線路板布局並獲得最佳的散熱性能。”FDPC8011S具有超過25A的輸出電流,與其它普通3x3mm2 雙MOSFET器件相比,輸出電流容量提高了2倍。

飛兆半導體 FDMF68xx Gen III DrMOS多芯片模塊(MCM)係列經設計能夠降低輸出感量和減少輸出電容器數目,與普通分立器件解決方案相比,該係列能夠節省多達50%的線路板空間,並提高效率,以期滿足新能源標準要求。使用飛兆半導體的高性能PowerTrench® MOSFET技術,FDMF68xx係列能夠顯著減少開關振鈴(switch ringing),省去大多數降壓轉換器應用中使用的緩衝器電路。FDMF68xx係列配合針對刀片式服務器、高性能筆記本電腦、遊戲主機和負載點(point-of-load)模塊的新能源標準和係統規範,正在推動業界對更高效率、更大電流、更高開關頻率以及更大功率密度的需求。
對此,李冬博士也表示,功能齊全和簡單易用是PC電源管理IC的需求,也是英飛淩的產品研發方向。
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電源管理技術發展方向——高轉換效率、高功率密度、高可靠性、低成本
有(you)業(ye)界(jie)人(ren)士(shi)說(shuo),電(dian)源(yuan)管(guan)理(li)集(ji)成(cheng)到(dao)一(yi)個(ge)係(xi)統(tong)能(neng)顯(xian)著(zhe)降(jiang)低(di)成(cheng)本(ben),不(bu)僅(jin)可(ke)以(yi)提(ti)供(gong)所(suo)有(you)電(dian)源(yuan)管(guan)理(li)功(gong)能(neng),而(er)且(qie)避(bi)免(mian)了(le)相(xiang)同(tong)功(gong)能(neng)的(de)重(zhong)複(fu)實(shi)現(xian)。共(gong)享(xiang)資(zi)源(yuan)的(de)功(gong)能(neng)可(ke)以(yi)合(he)並(bing)。張(zhang)瑞(rui)斌(bin)指(zhi)出(chu),很(hen)多(duo)製(zhi)造(zao)商(shang)喜(xi)好(hao)使(shi)用(yong)模(mo)塊(kuai)解(jie)決(jue)方(fang)案(an),因(yin)為(wei)相(xiang)比(bi)分(fen)立(li)解(jie)決(jue)方(fang)案(an),模(mo)塊(kuai)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)具(ju)有(you)數(shu)項(xiang)優(you)勢(shi)。首(shou)先(xian),模(mo)塊(kuai)方(fang)案(an)有(you)助(zhu)於(yu)提(ti)高(gao)係(xi)統(tong)的(de)可(ke)靠(kao)性(xing)和(he)效(xiao)率(lv)。許(xu)多(duo)成(cheng)套(tao)設(she)備(bei)開(kai)發(fa)人(ren)員(yuan)在(zai)設(she)計(ji)功(gong)率(lv)部(bu)件(jian)和(he)柵(zha)極(ji)驅(qu)動(dong)電(dian)路(lu)時(shi)遇(yu)到(dao)了(le)困(kun)難(nan),因(yin)其(qi)布(bu)局(ju)周(zhou)邊(bian)是(shi)非(fei)常(chang)敏(min)感(gan)的(de)。而(er)模(mo)塊(kuai)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)在(zai)設(she)計(ji)中(zhong)考(kao)慮(lv)了(le)這(zhe)些(xie)因(yin)素(su),以(yi)期(qi)減(jian)小(xiao)雜(za)散(san)電(dian)阻(zu)/電感並優化開關特性,這可以通過優化矽芯片安排及縮短引線粘接長度來實現。其次,模塊方案能夠簡化成套設備的設計和製造過程。
Don Travers卻不這樣認為。他說:“我們在高性能應用處理器方麵的經驗顯示,高集成度並不比專用的PMIC解決方案更具成本效率。”
任何消耗功率的電子係統均可從獲益於更高的功率密度(更小的體積)和效率(更低的溫度和運營成本)。飛兆半導體滿足這些需求的解決方案包括: 改進半導體封裝來減少降低效率的寄生現象,並提高功率密度;投資開發基礎半導體技術,比如飛兆半導體的PowerTrench®工藝、SiC 和 GaN 工藝,以期提高功率效率;開發具有先進功率管理算法的高性能專用IC;在智能功率級(SPS) 和DrMOS等多芯片模塊中綜合利用所有上述技術,進一步提高功率效率和密度。
采用這些創新技術的市場將會遵循曆史趨勢——早期的采用者將成為努力樹立行業設計和性能標準的先驅企業,例子包括超薄型筆記本電腦廠商、超高效服務器製造商、追求設立新的能效標準白色家電製造商,以及致力突破效率和散熱限製LED照明產品製造商。
總而言之,特別是隨著節能、lvsedianyuanhedianzishebeibixuzunshouqiangzhixingnengxiaoguifan,dianzichanpinduogongnenghua,youhuachengbendefazhanqushi,dianyuanguanlijishuchaozhetigaozhuanhuanxiaolv,tishenggonglvmidu,gaokekaoxingjigengdichengbendejienengfangxiangmaijinshifuheshichangfazhanxuqiude。
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