众所周知，整个电力系统分为发电、输电、配电和用电等几个过程。如果将总能源以100%计算，则被利用的能源就只有大约50%。那这其中的能源损耗在哪里？
日前，在AspenCore旗下《EDN电子技术设计》、《EET电子工程专辑》和《ESM国际电子商情》三大媒体共同举办的“2022国际集成电路展览会暨研讨会（IIC）”南京站的“2022 国际‘碳中和’电子产业发展高峰论坛”上，MPS公司北中国区副总经理卢平带来了“降低损耗以减少碳排放——从工艺到方案的进化”的主题演讲。侧重从配电到用电阶段，探讨了如何降低电能损耗，帮助实现碳排放降低，进而最终实现碳达峰碳中和。
他指出，能源的损耗包括能源转化损耗、传输损耗和使用侧损耗。其中包含从给电网络到最终使用网络的电源转换，包括在转换的时候可能又从电能往机械能的电机转换，所以最终能够被大家使用到的能源很可能不到50%。
从使用侧进一步分析，损耗具体发生在哪些器件里面呢？首先是功率器件，这就涉及功率器件的提升。在能源转换当中磁性器件也非常重要，因此磁的损耗也是一块。除了输电里的电力损耗，在用电的时候线路损耗也是一部分。我们在每个不同环节都要不断地去寻找方法，把这些损耗进一步降低，例如：
MPS作为半导体企业，又做了哪些事情来实现降低损耗呢？MPS非常核心的一点是坚持工艺创新。“虽然我们并没有自己的制造厂，但是我们有自己的工艺BCD，它是一种混合工艺，将三极管工艺、CMOS工艺和DMOS工艺进行集成。我们一直走的是平面工艺方式，很多时候会在高频化看到它的工艺优势。目前工艺，低压6V到高压1000V，小的几安培到80安培，覆盖了用电侧的方方面面。最新一代BCD6工艺用在业界最顶尖的领域，包含电源集成工艺。对于模拟来说，它的工艺节点55nm，对BCD来说也是达到业界最顶尖的水平。最新的使用场景是服务器、人工智能等需要大电流的场景。我们不断用工艺创新来将能耗进一步降低，既达到节能减排，又帮助客户在比较狭小空间当中完成设置。在汽车、医疗、AC/DC当中有自己的工艺来帮助客户实现集成化的设计。”卢平介绍说。
MPS工艺模式叫Virtual IDM，事实上是MPS跟Fab有深度合作，把自己工艺嫁接到晶圆厂工艺和设备上，跟晶圆厂协同开发最新的工艺。这样的好处在于，MPS可以跟所有晶圆厂进行合作，也可以利用到最先进的工艺节点，在这个基础上开发出更有竞争力的工艺产品出来。
二十多年来，MPS的（功率器件）工艺技术不断进步，从最早的BCD+发展到BCD3、4、5、6。这到底体现在哪些方面呢？卢平指出，这包括两个方面，一个是DMOS R×A。当工艺提升的时候，将面积乘阻抗再降低，实际上可以获得更低的导通损耗或在同样阻抗下可以做得更小，最终实现小型化的需求。另一个是功率器件不仅仅有导通损耗，还有开关损耗。R×Qg，也即电容关联度或电量关联度，这个值越小意味着开关损耗越低。这两点不断往前迭代，MPS平均每三年左右会有一个技术迭代，也就是不断将这两个参数进行更高或者向更小方向转换。
MPS从2000年左右快速进入这个市场，从第一代到现在第四代所定义的细分市场分别为：最早单一产品用在笔记本产品上；第二代进入到笔记本和合成类产品；2010年左右开始进入到汽车、工业、服务器、计算、通信领域；到现在则正在进入新的时代，其定位一部分是能源转换的数字化，另一部分是给客户提供更多方案，而不是单一的产品。
数字化可以浅谈最基础的两点。“数字化对于电源来说带来了什么变化？第一，是能源监控和管理。二十年前的电源大部分是纯模拟的东西，其实你不清楚到底输出了多少功率，也不清楚消耗了多少功率，而现在通过将ADC放在电源里面，可以比较精确地计算出输出电压和电流，也就计算出了功率损耗。对于整个系统来说就可以进行能源的管理。另外，DAC可以在系统层面，利用CPU或者GPU侧，跟行业界顶尖厂家进行非常深入的合作。我们可以配合系统来调整你需要的电压和不同的控制模式，降低系统端的损耗，因为很多时候损耗并不是电源损耗。”卢平指出。
MPS是基于硬件的数字电源，而不是基于MCU或者DSP的架构。“它能够给我们带来哪些好处呢？它可以实现非常灵活的配置。从开发来说可以快速开发，不需要软件工程师配备，也可以实现非常复杂的，多模式的变化，在切换形式下面可以实现更低的待机功耗。”
MPS在高性能数字电源方面覆盖了不同领域。从POL电源到给CPU供电的多相电源、电源模块，到中间级热插拔、PFC+LLC Combo，再到图腾柱PFC控制器，在配电和用电侧，可以给客户带来丰富的选择。应用场景包括新能源、计算、工业、通信、汽车和家用电器。
BCD工艺实现了控制器和功率的集成。现在在做的很多功率模块，则是除了将控制器和功率模块，还将磁性器件以及电容等器件3D封装起来，直接形成产品化，这样功率密度和整体转换效率可以得到更高，这也是不断在被应用场景驱使的情况下去做的各种不断的尝试。
对于大功率的使用场景，MPS现在在做48V总线，通过将传统的12V/24V总线电压提升到48V，可以降低走线损耗。
MPS还提供了储能电池包的管理，包括模拟前端和电量计，也可以给客户提供整体解决方案，从而帮助客户在BMS设计当中加快他们的设计。
下图是MPS 3kW的AC/DC整体解决方案。在新能源汽车转换场景也用到MPS不同的技术，比如隔离器，LLC控制器，隔离电源模块。在方案提供上，MPS除了变压器和PCB不是自己做，其他很多器件都可以提供。
就应用场景来说，MPS可以在新能源相关的场景，从储能到汽车电气化、变频器、充电站，都用到新的功率变换器，所以MPS也以方案的形式跟客户进行合作。
另外，MPS也提供一体化伺服电机。将电机、减速器、位置传感器、控制和功率驱动集成在一个模块里面，这对于客户来说使用就非常简单，可以降低线束的使用，而且架构改变的时候，MPS可以进行定制化设计，现在像工业自动化、线性执行器、AGV、门闸机等都可以提供一体化方案。
最后，MPS在中国能做哪些事情帮助我们实现碳中和呢？“我们全球运营中心是在中国成都，在电源和模拟行业做了25年，积累了很多经验。我们在中国有接近2000人，覆盖从研发，运营到测试到应用支持，可以更好地服务中国的客户。从产品来说，MPS有超过4000个产品来帮助客户实现高效率的能源转换。”卢平总结说。
最前沿的电子设计资讯
