?? 剛剛過去的一年里,，盡管半導(dǎo)體行業(yè)也遭到經(jīng)濟(jì)動(dòng)蕩的波及,，但“綠色”節(jié)能技術(shù)仍然不失其燦爛的光輝。提起“綠色”節(jié)能,，似乎鋪天蓋地的新聞都集中在IC設(shè)計(jì)或信息技術(shù),。對(duì)于IC技術(shù)本身,，的確一直走在節(jié)能的最前沿。但經(jīng)過精益求精的升級(jí)換代后,，其效率的繼續(xù)提高已經(jīng)到了極為受限的程度,，從而繼續(xù)節(jié)能的潛力已經(jīng)遠(yuǎn)不及傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)。另外,，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)本身的能耗占據(jù)總能耗的比重也很小,，而傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)本身在能耗方面始終占據(jù)著主導(dǎo)地位。鑒于中國(guó)目前傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的能效普遍較低,，如果將IC技術(shù)與傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)結(jié)合,，節(jié)能潛力卻相當(dāng)可觀，所以如何從“芯”開始,，實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的節(jié)能將是未來的熱點(diǎn)課題,。而從本文列舉的幾個(gè)領(lǐng)域，也不難看到“綠色”節(jié)能正向各項(xiàng)傳統(tǒng)工業(yè)領(lǐng)域加速滲透的趨勢(shì),。
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“綠色”能源
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??? 隨著化石類能源的日益減少,，業(yè)界正在開發(fā)各類新能源,，其中最為重要的無疑要數(shù)太陽能。最近,，Intel向中國(guó)的幾家太陽能研發(fā)生產(chǎn)的公司不斷注資,，由此不難看出該行業(yè)的發(fā)展運(yùn)行軌跡。實(shí)際上太陽能的利用在發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)達(dá)到小規(guī)?；?，即便在中國(guó)的一些發(fā)達(dá)城市也隨處可見。如深圳市的園博園,，早在幾年前就開始探索太陽能的利用,，半年前，深港政府與杜邦公司合作在深圳建立了專業(yè)化的太陽能研究及產(chǎn)業(yè)平臺(tái),。北京,，上海乃至像珠海這類的中小城市也都在這方面進(jìn)行著不斷的探索。但毋容置疑,，太陽能的利用還處于發(fā)展的初期,。其根本原因就是利用效率仍然偏低，導(dǎo)致單位成本偏高,，投資回收期過長(zhǎng),。雖然其成本在逐步下降，但與傳統(tǒng)電網(wǎng)電價(jià)相比,，還是處于較高的水平,。在發(fā)達(dá)國(guó)家，如美國(guó),，目前的太陽能電價(jià)為傳統(tǒng)能源的一倍多,，而在中國(guó)，目前該比值還高達(dá)4倍,。但是,，美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體的中國(guó)區(qū)業(yè)務(wù)總經(jīng)理何賢斌認(rèn)為：未來10年太陽能發(fā)電技術(shù)會(huì)有龐大的市場(chǎng)需求，而且增長(zhǎng)相當(dāng)驚人,。人們很快可以看到光伏電池的效率不斷提升,，以每瓦特計(jì)的單位成本更不斷下降。而相比之下,，傳統(tǒng)能源的單位成本則不斷急劇飆升,。
?? 基于技術(shù)限制，硅基電池板的成本下降幅度不及預(yù)期,，如何通過產(chǎn)業(yè)鏈的其他環(huán)節(jié)來彌補(bǔ),，進(jìn)而促進(jìn)效率的提升，或單位成本的下降,，就是IC產(chǎn)業(yè)的重任,，對(duì)此業(yè)界也正在進(jìn)行各種探索,。美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體充分利用其能源效率極高的電源管理技術(shù)，于不久前成功推出全新的SolarMagic技術(shù),。這種適用于現(xiàn)有及新一代太陽能發(fā)電裝置的技術(shù)有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn),，例如電池板即使被陰影遮蔽或受板面污垢影響，其發(fā)電效率仍可大幅提高,。
?? 這種技術(shù)的核心就是利用能量轉(zhuǎn)換的經(jīng)驗(yàn)和先進(jìn)算法,，從電池板獲取更高的能量。由于電池板以陣列的方式組合,，任何一塊板出現(xiàn)泄露等問題,，就會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)?；谶@個(gè)問題,，國(guó)家半導(dǎo)體利用算法，將各個(gè)電池板相互獨(dú)立,，當(dāng)部分單元處于陰影，灰塵覆蓋等情況下,，允許其提供將少的能量,，但確保其他電池單元能夠足額供能。另外,，還通過對(duì)單元間的匹配等做出補(bǔ)償,，使得來自各單元的能量最大化。該系統(tǒng)目前正處于試用測(cè)試階段,，據(jù)了解測(cè)試效果喜人,，遮蔽單元的效率可以提高40%以上，使整個(gè)系統(tǒng)效率提升12%左右,。該系統(tǒng)計(jì)劃在今年的一季度實(shí)現(xiàn)商用,。
圖1：即便在遮蔽的情況下，SolarMagic 技術(shù)也能夠使每個(gè)電池板單元都能輸出最多的太陽能,。
傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)節(jié)能降耗
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?? 有時(shí),，業(yè)界也存在一個(gè)怪現(xiàn)象，一邊是電子產(chǎn)品制造商似乎沒有什么新產(chǎn)品可做,，從而不斷地通過綁定為市場(chǎng)推出一些似乎并非必需的功能,，而另一方面，傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)里大有作為的地方卻沒人問津(比如,，占中國(guó)電力消耗一半的電機(jī),，其效率卻處于50%以下）。究其原因,，是因?yàn)楹笳郀可娴讲煌袠I(yè),，產(chǎn)品的性質(zhì)有了變化,，即從單一的電子產(chǎn)品發(fā)展到工程服務(wù)，即整體解決方案,。雖然近幾年整體解決方案這個(gè)詞已是耳熟能詳,，但還只是局限在電子系統(tǒng)本身。期望這種情況即將有所改變,。
?? 展望未來的發(fā)展趨勢(shì)是,，解決方案必須從電子系統(tǒng)本身跨越到覆蓋各式各樣的工程領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)真正的系統(tǒng)整體解決方案,。而作為半導(dǎo)體技術(shù),，又如何在整個(gè)系統(tǒng)中扮演這舉足輕重的角色？針對(duì)這一問題,，何賢斌認(rèn)為,，無論是發(fā)達(dá)國(guó)家還是發(fā)展中國(guó)家都要面對(duì)許多涉及舊技術(shù)換代更新的問題。例如,，原有的基建設(shè)備及相關(guān)裝置都采用能源效率較低的技術(shù),，將之全部更換并非容易。為了確保工程師可以順利更換新系統(tǒng)或改善其設(shè)計(jì),，美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體特別為多種不同的應(yīng)用提供各種的高能源效率集成電路,。以穩(wěn)壓器為例來說，美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體的穩(wěn)壓器適用于廣闊的輸入電壓范圍,，而且無需修改便可用于原有或全新的系統(tǒng)設(shè)計(jì),。此外，美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體的模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器保證可以發(fā)揮卓越的性能,，而且速度不同的型號(hào)都可引腳兼容,，因此可以滿足不同設(shè)計(jì)的不同要求。另一方面,，如何實(shí)現(xiàn)信息產(chǎn)業(yè)與傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的聯(lián)合節(jié)能,，大家都在積極探索，像SolarMagic技術(shù),，實(shí)際上就是行業(yè)間完美工程結(jié)合的具體體現(xiàn),，何賢斌認(rèn)為。
?? 發(fā)光系統(tǒng)也是節(jié)能的一個(gè)朝陽產(chǎn)業(yè),。由于中央及地方政府大力支持節(jié)能減排,，因此著眼于提升能源效率的工程可以輕易上馬，而裝設(shè)LED燈光系統(tǒng)更能起到全面節(jié)能的示范作用,。目前,，雖然LED的光衰、驅(qū)動(dòng)效率等方面仍待繼續(xù)改進(jìn),，業(yè)界許多人對(duì)該產(chǎn)業(yè)的成熟度也褒貶不一,，但根據(jù)了解,，制約LED推廣的最大難題，即散熱問題已經(jīng)得到很大的改進(jìn),。
?? 對(duì)于LED驅(qū)動(dòng)來說,，不少領(lǐng)先的模擬半導(dǎo)體廠商都推出了許多高效率的產(chǎn)品，如美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體推出的一系列高亮度,、低功率LED驅(qū)動(dòng)器有許多優(yōu)點(diǎn),，能確保系統(tǒng)性能可靠，何賢斌認(rèn)為,。
?? 英飛凌科技(中國(guó))有限公司副總裁兼執(zhí)行董事尹懷鹿也認(rèn)為傳統(tǒng)工業(yè)的節(jié)能與環(huán)保將是一個(gè)熱門話題,。他說：“降低能耗、提高能源利用率將是所有企業(yè)關(guān)注的重點(diǎn),?！庇w凌一直致力于提高工業(yè)、交通運(yùn)輸,、消費(fèi)品和汽車的能源效率,。英飛凌的產(chǎn)品能夠最大程度降低能源供應(yīng)各個(gè)環(huán)節(jié)(包括發(fā)電、輸電和用電)的功率損耗,，最大程度節(jié)省能源,，尹懷鹿介紹說。前不久,，英飛凌推出了具全球最低通態(tài)電阻的全新OptiMOS 3 MOSFET系列，新的OptiMOS?3?MOSFET系列為40V至80V低電阻MOSFET樹立了新標(biāo)桿,。與最接近的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手產(chǎn)品相比,，這些產(chǎn)品的通態(tài)電阻降幅高達(dá)50%。該系列產(chǎn)品適用于需要高效率和功率密度的功率轉(zhuǎn)換和管理應(yīng)用,，包括眾多產(chǎn)品的SMPS(開關(guān)模式電源）,、DC/DC轉(zhuǎn)換器和直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)器等。這些產(chǎn)品包括計(jì)算機(jī),、家用電器,、小型電動(dòng)車、工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng),、電信設(shè)備和電動(dòng)工具,、電動(dòng)剪草機(jī)和風(fēng)扇等消費(fèi)類電子設(shè)備。
圖2：LTC6802-1多節(jié)電池的電池組監(jiān)視器典型應(yīng)用方框圖,。
“綠色”汽車
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?? 在汽車領(lǐng)域,，人們可能還對(duì)剛剛過去的每桶超過160美元的天價(jià)歷歷在目。但隨著化石燃料的存量不斷萎縮,，這個(gè)價(jià)格乃至更高的價(jià)格會(huì)很快再度造訪消費(fèi)者,。電動(dòng)汽車或混合動(dòng)力都是未來的必然選擇,。無論哪種動(dòng)力，電池組都出于系統(tǒng)的核心地位,，然而,，電池組的管理好壞決定著電池組的壽命乃至整車的性能。
?? 在汽車應(yīng)用中,，基于許多優(yōu)點(diǎn),，鋰離子電池占據(jù)著統(tǒng)治地位。但鋰離子電池對(duì)過度充電或過度放電很敏感,，因而必需對(duì)電池組中的每節(jié)電池進(jìn)行謹(jǐn)慎和系統(tǒng)的管理,。只有這樣，才能充分發(fā)揮鋰離子電池組的優(yōu)勢(shì),并防止電池組在電壓偏離安全范圍時(shí)出現(xiàn)不可逆轉(zhuǎn)的損壞,。但設(shè)計(jì)一個(gè)大型,、高可靠性和使用時(shí)間持久的鋰離子電池組卻是一個(gè)非常復(fù)雜的問題。要牽涉到在苛刻環(huán)境條件下實(shí)現(xiàn)精密檢測(cè),，過充控制,，放電平衡等多種復(fù)雜技術(shù)，因而目前進(jìn)軍該領(lǐng)域的廠家還比較少,。相信新的一年里業(yè)界將會(huì)推出更新的技術(shù),。
?? 最近，Linear公司推出了公司首款電池組監(jiān)測(cè)器——LTC6802,。這款監(jiān)視器的特點(diǎn)是可以測(cè)量多達(dá)12個(gè)最高電壓為60V的串聯(lián)電池組,。還可以通過重疊配置來支持1000V以上的電壓系統(tǒng)，精度誤差達(dá)到0.25%,，從而具備較高的成本效益,，可以滿足關(guān)鍵性電池組系統(tǒng)的監(jiān)視需求。該芯片系列分為兩款,，分別支持低成本的串接菊鏈?zhǔn)絊PI和并聯(lián)型可尋址SPI,。用戶可以根據(jù)應(yīng)用需求和車輛的等級(jí)來選擇。
?? 另外,，該器件內(nèi)置了具固有FIR濾波處理電路的ΔΣ ADC,，從而降低了驅(qū)動(dòng)電機(jī)時(shí)所產(chǎn)生的EMI干擾對(duì)測(cè)量的影響。該器件還內(nèi)置自診斷功能,，并自帶串行端口,，因而在支持高壓系統(tǒng)時(shí)可以省去芯片間的隔離光耦，進(jìn)一步降低了應(yīng)用成本,。
?? 而對(duì)于電池的平衡放電問題,，Linear公司的信號(hào)調(diào)理產(chǎn)品部產(chǎn)品市場(chǎng)經(jīng)理Brain Black介紹說：“該產(chǎn)品所支持的放電結(jié)構(gòu)有兩種，一種是片上內(nèi)置MOSFET和外部電阻器，另一種是外部的MOSFET和電阻器,。核心是通過精密檢測(cè)為用戶提供精確信息,，并不含CPU，故具體的放電模式和動(dòng)作都由用戶靈活選擇,?！痹摦a(chǎn)品就在年底已經(jīng)剛剛面市。
?? 而對(duì)于汽車電子領(lǐng)域另外一家領(lǐng)先廠商-英飛凌科技,，也一直將汽車電子解決方案作為公司業(yè)務(wù)中非常重要的部分,。尹懷鹿認(rèn)為：全球日趨嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)以及限排措施，大大推動(dòng)了汽車行業(yè)對(duì)半導(dǎo)體產(chǎn)品的需求,。隨著人們對(duì)降低燃油消耗,，提高可靠性和安全性提出更加苛刻的要求，在汽車中引進(jìn)創(chuàng)新設(shè)計(jì)勢(shì)在必行,。該公司推出專為混合動(dòng)力車(HEV）電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)而設(shè)計(jì)的電子功率模塊,。HybridPACK1(面向輕度混合動(dòng)力車）和HybridPACK2(面向完全混合動(dòng)力車）不但實(shí)現(xiàn)混合動(dòng)力車所要求的功率，并減少30%的空間占用,，從而降低了HEV逆變器系統(tǒng)的設(shè)計(jì)成本和復(fù)雜程度,。
?? 通過工藝的改進(jìn)，HybridPACK2模塊的功率密度增加了120%以上,。另外,，該器件還具有低自感和優(yōu)異的熱阻性能?！肮蕦?duì)完全混合動(dòng)力應(yīng)用來說,，HybridPACK2是一款優(yōu)異的模塊，它提供了高功率密度,、低自感,、低熱阻及最佳可靠性和最低成本”，尹懷鹿介紹說,。
“綠色”電力
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???即便是在產(chǎn)生能源的電力行業(yè),，依然也可以處處看到“綠色”的影子,。根據(jù)中國(guó)工業(yè)與信息化部的資料,，在各大傳統(tǒng)行業(yè)中，電力行業(yè)還是信息化程度最高的行業(yè)之一,。電網(wǎng)的信息化改造不僅僅局限于信息的集成和智能化管理,，也包括電力傳輸?shù)确椒矫婷妗Ｒ郧?，電力行業(yè)本身對(duì)能耗的意識(shí)不強(qiáng),，但今天，僅從中國(guó)電力行業(yè)對(duì)傳輸網(wǎng)中改造中，廣泛使用新一代的電力電容器,，就不難看到對(duì)節(jié)能的重視度的不斷提高,。
?? 在高壓直流傳輸電系統(tǒng)中，電力電容器起著至關(guān)重要的作用,。目前,，在中國(guó)市場(chǎng)上，愛普科斯是較大的電力電容(包括風(fēng)力）供應(yīng)商之一,，愛普科斯公司的大中華區(qū)總裁簡(jiǎn)CEO Michael Pocsatko介紹說,。該公司的電力節(jié)能解決方案包括傳輸節(jié)能，配電節(jié)能,，功率轉(zhuǎn)換節(jié)能以及耗能領(lǐng)域的節(jié)能,。
?? 首先，電力的長(zhǎng)途輸送效率是電力節(jié)能的第一關(guān),。利用直流高壓輸送線路可較大幅度地提高發(fā)電機(jī)組的有功功率的輸出和線路傳輸效率,。而直流傳輸就離不開高壓電力電容器。愛普科斯的MKV高壓電力電容器,，安裝在換流器站中,，用于電力濾波和能量?jī)?chǔ)存。利用該公司的高壓電容器后,，可以實(shí)現(xiàn)20ms內(nèi)的無功補(bǔ)償,，可以將功率因數(shù)大大提高，并且可把受端換流站逆變還原產(chǎn)生50赫茲正弦交流電的過程中所產(chǎn)生的高次諧波干擾降到更低,，從而實(shí)現(xiàn)了目前世界上距離最長(zhǎng)(大于2000公里以上）的,、傳輸容量高達(dá)6400兆瓦的高壓直流傳輸。
?? 在配電領(lǐng)域,，愛普科斯可以提供完整的電能傳輸方案,，產(chǎn)品包括功率因素補(bǔ)償電容器、晶閘管模塊,、功率因數(shù)控制器,、濾諧電抗器和抗電磁干擾濾波器等。這些解決方案降低了配電系統(tǒng)中的諧波失真,，提高了系統(tǒng)的功率因素并提供了穩(wěn)定的電壓和頻率,，從而提高了電網(wǎng)中所有載荷的能源使用效率，包括照明,、空調(diào)和電梯,。據(jù)悉，在剛剛結(jié)束的北京奧運(yùn)會(huì)上,，該公司的電力傳輸解決方案也覆蓋了不少場(chǎng)館,，包括鳥巢，青島帆船中心和北京摔跤館等?；谶@些解決方案,，配電功率因數(shù)從從0.7提高到0.95，能耗減少了30%左右,。
? “在功率轉(zhuǎn)換過程中,，該公司的關(guān)鍵功率轉(zhuǎn)換解決方案和元器件，包括鋁電解電容器,、電力電容器和EMC濾波器也為變頻調(diào)速驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)帶來更高的能效”,，該公司大中華區(qū)電力電容器高級(jí)銷售經(jīng)理唐亮先生介紹說。