?? 剛剛過去的一年里，盡管半導體行業也遭到經濟動蕩的波及，但“綠色”節能技術仍然不失其燦爛的光輝。提起“綠色”節能，似乎鋪天蓋地的新聞都集中在IC設計或信息技術。對于IC技術本身，的確一直走在節能的最前沿。但經過精益求精的升級換代后，其效率的繼續提高已經到了極為受限的程度，從而繼續節能的潛力已經遠不及傳統產業。另外，半導體產業本身的能耗占據總能耗的比重也很小，而傳統產業本身在能耗方面始終占據著主導地位。鑒于中國目前傳統產業的能效普遍較低，如果將IC技術與傳統產業結合，節能潛力卻相當可觀，所以如何從“芯”開始，實現傳統產業的節能將是未來的熱點課題。而從本文列舉的幾個領域，也不難看到“綠色”節能正向各項傳統工業領域加速滲透的趨勢。
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“綠色”能源
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??? 隨著化石類能源的日益減少，業界正在開發各類新能源，其中最為重要的無疑要數太陽能。最近，Intel向中國的幾家太陽能研發生產的公司不斷注資，由此不難看出該行業的發展運行軌跡。實際上太陽能的利用在發達國家已經達到小規模化，即便在中國的一些發達城市也隨處可見。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化的太陽能研究及產業平臺。北京，上海乃至像珠海這類的中小城市也都在這方面進行著不斷的探索。但毋容置疑，太陽能的利用還處于發展的初期。其根本原因就是利用效率仍然偏低，導致單位成本偏高，投資回收期過長。雖然其成本在逐步下降，但與傳統電網電價相比，還是處于較高的水平。在發達國家，如美國，目前的太陽能電價為傳統能源的一倍多，而在中國，目前該比值還高達4倍。但是，美國國家半導體的中國區業務總經理何賢斌認為：未來10年太陽能發電技術會有龐大的市場需求，而且增長相當驚人。人們很快可以看到光伏電池的效率不斷提升，以每瓦特計的單位成本更不斷下降。而相比之下，傳統能源的單位成本則不斷急劇飆升。
?? 基于技術限制，硅基電池板的成本下降幅度不及預期，如何通過產業鏈的其他環節來彌補，進而促進效率的提升，或單位成本的下降，就是IC產業的重任，對此業界也正在進行各種探索。美國國家半導體充分利用其能源效率極高的電源管理技術，于不久前成功推出全新的SolarMagic技術。這種適用于現有及新一代太陽能發電裝置的技術有其獨特的優點，例如電池板即使被陰影遮蔽或受板面污垢影響，其發電效率仍可大幅提高。
?? 這種技術的核心就是利用能量轉換的經驗和先進算法，從電池板獲取更高的能量。由于電池板以陣列的方式組合，任何一塊板出現泄露等問題，就會影響整個系統。基于這個問題，國家半導體利用算法，將各個電池板相互獨立，當部分單元處于陰影，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，還通過對單元間的匹配等做出補償，使得來自各單元的能量最大化。該系統目前正處于試用測試階段，據了解測試效果喜人，遮蔽單元的效率可以提高40%以上，使整個系統效率提升12%左右。該系統計劃在今年的一季度實現商用。
圖1：即便在遮蔽的情況下，SolarMagic 技術也能夠使每個電池板單元都能輸出最多的太陽能。
傳統產業節能降耗
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?? 有時，業界也存在一個怪現象，一邊是電子產品制造商似乎沒有什么新產品可做，從而不斷地通過綁定為市場推出一些似乎并非必需的功能，而另一方面，傳統產業里大有作為的地方卻沒人問津(比如，占中國電力消耗一半的電機，其效率卻處于50%以下）。究其原因，是因為后者牽涉到不同行業，產品的性質有了變化，即從單一的電子產品發展到工程服務，即整體解決方案。雖然近幾年整體解決方案這個詞已是耳熟能詳，但還只是局限在電子系統本身。期望這種情況即將有所改變。
?? 展望未來的發展趨勢是，解決方案必須從電子系統本身跨越到覆蓋各式各樣的工程領域，實現真正的系統整體解決方案。而作為半導體技術，又如何在整個系統中扮演這舉足輕重的角色？針對這一問題，何賢斌認為，無論是發達國家還是發展中國家都要面對許多涉及舊技術換代更新的問題。例如，原有的基建設備及相關裝置都采用能源效率較低的技術，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或改善其設計，美國國家半導體特別為多種不同的應用提供各種的高能源效率集成電路。以穩壓器為例來說，美國國家半導體的穩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設計。此外，美國國家半導體的模擬/數字轉換器保證可以發揮卓越的性能，而且速度不同的型號都可引腳兼容，因此可以滿足不同設計的不同要求。另一方面，如何實現信息產業與傳統產業的聯合節能，大家都在積極探索，像SolarMagic技術，實際上就是行業間完美工程結合的具體體現，何賢斌認為。
?? 發光系統也是節能的一個朝陽產業。由于中央及地方政府大力支持節能減排，因此著眼于提升能源效率的工程可以輕易上馬，而裝設LED燈光系統更能起到全面節能的示范作用。目前，雖然LED的光衰、驅動效率等方面仍待繼續改進，業界許多人對該產業的成熟度也褒貶不一，但根據了解，制約LED推廣的最大難題，即散熱問題已經得到很大的改進。
?? 對于LED驅動來說，不少領先的模擬半導體廠商都推出了許多高效率的產品，如美國國家半導體推出的一系列高亮度、低功率LED驅動器有許多優點，能確保系統性能可靠，何賢斌認為。
?? 英飛凌科技(中國)有限公司副總裁兼執行董事尹懷鹿也認為傳統工業的節能與環保將是一個熱門話題。他說：“降低能耗、提高能源利用率將是所有企業關注的重點。”英飛凌一直致力于提高工業、交通運輸、消費品和汽車的能源效率。英飛凌的產品能夠最大程度降低能源供應各個環節(包括發電、輸電和用電)的功率損耗，最大程度節省能源，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樹立了新標桿。與最接近的競爭對手產品相比，這些產品的通態電阻降幅高達50%。該系列產品適用于需要高效率和功率密度的功率轉換和管理應用，包括眾多產品的SMPS(開關模式電源）、DC/DC轉換器和直流電機驅動器等。這些產品包括計算機、家用電器、小型電動車、工業自動化系統、電信設備和電動工具、電動剪草機和風扇等消費類電子設備。
圖2：LTC6802-1多節電池的電池組監視器典型應用方框圖。
“綠色”汽車
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?? 在汽車領域，人們可能還對剛剛過去的每桶超過160美元的天價歷歷在目。但隨著化石燃料的存量不斷萎縮，這個價格乃至更高的價格會很快再度造訪消費者。電動汽車或混合動力都是未來的必然選擇。無論哪種動力，電池組都出于系統的核心地位，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。
?? 在汽車應用中，基于許多優點，鋰離子電池占據著統治地位。但鋰離子電池對過度充電或過度放電很敏感，因而必需對電池組中的每節電池進行謹慎和系統的管理。只有這樣，才能充分發揮鋰離子電池組的優勢,并防止電池組在電壓偏離安全范圍時出現不可逆轉的損壞。但設計一個大型、高可靠性和使用時間持久的鋰離子電池組卻是一個非常復雜的問題。要牽涉到在苛刻環境條件下實現精密檢測，過充控制，放電平衡等多種復雜技術，因而目前進軍該領域的廠家還比較少。相信新的一年里業界將會推出更新的技術。
?? 最近，Linear公司推出了公司首款電池組監測器——LTC6802。這款監視器的特點是可以測量多達12個最高電壓為60V的串聯電池組。還可以通過重疊配置來支持1000V以上的電壓系統，精度誤差達到0.25%，從而具備較高的成本效益，可以滿足關鍵性電池組系統的監視需求。該芯片系列分為兩款，分別支持低成本的串接菊鏈式SPI和并聯型可尋址SPI。用戶可以根據應用需求和車輛的等級來選擇。
?? 另外，該器件內置了具固有FIR濾波處理電路的ΔΣ ADC，從而降低了驅動電機時所產生的EMI干擾對測量的影響。該器件還內置自診斷功能，并自帶串行端口，因而在支持高壓系統時可以省去芯片間的隔離光耦，進一步降低了應用成本。
?? 而對于電池的平衡放電問題，Linear公司的信號調理產品部產品市場經理Brain Black介紹說：“該產品所支持的放電結構有兩種，一種是片上內置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為用戶提供精確信息，并不含CPU，故具體的放電模式和動作都由用戶靈活選擇。”該產品就在年底已經剛剛面市。
?? 而對于汽車電子領域另外一家領先廠商-英飛凌科技，也一直將汽車電子解決方案作為公司業務中非常重要的部分。尹懷鹿認為：全球日趨嚴格的排放標準以及限排措施，大大推動了汽車行業對半導體產品的需求。隨著人們對降低燃油消耗，提高可靠性和安全性提出更加苛刻的要求，在汽車中引進創新設計勢在必行。該公司推出專為混合動力車(HEV）電機驅動系統而設計的電子功率模塊。HybridPACK1(面向輕度混合動力車）和HybridPACK2(面向完全混合動力車）不但實現混合動力車所要求的功率，并減少30%的空間占用，從而降低了HEV逆變器系統的設計成本和復雜程度。
?? 通過工藝的改進，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異的熱阻性能。“故對完全混合動力應用來說，HybridPACK2是一款優異的模塊，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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???即便是在產生能源的電力行業，依然也可以處處看到“綠色”的影子。根據中國工業與信息化部的資料，在各大傳統行業中，電力行業還是信息化程度最高的行業之一。電網的信息化改造不僅僅局限于信息的集成和智能化管理，也包括電力傳輸等方方面面。以前，電力行業本身對能耗的意識不強，但今天，僅從中國電力行業對傳輸網中改造中，廣泛使用新一代的電力電容器，就不難看到對節能的重視度的不斷提高。
?? 在高壓直流傳輸電系統中，電力電容器起著至關重要的作用。目前，在中國市場上，愛普科斯是較大的電力電容(包括風力）供應商之一，愛普科斯公司的大中華區總裁簡CEO Michael Pocsatko介紹說。該公司的電力節能解決方案包括傳輸節能，配電節能，功率轉換節能以及耗能領域的節能。
?? 首先，電力的長途輸送效率是電力節能的第一關。利用直流高壓輸送線路可較大幅度地提高發電機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儲存。利用該公司的高壓電容器后，可以實現20ms內的無功補償，可以將功率因數大大提高，并且可把受端換流站逆變還原產生50赫茲正弦交流電的過程中所產生的高次諧波干擾降到更低，從而實現了目前世界上距離最長(大于2000公里以上）的、傳輸容量高達6400兆瓦的高壓直流傳輸。
?? 在配電領域，愛普科斯可以提供完整的電能傳輸方案，產品包括功率因素補償電容器、晶閘管模塊、功率因數控制器、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中的諧波失真，提高了系統的功率因素并提供了穩定的電壓和頻率，從而提高了電網中所有載荷的能源使用效率，包括照明、空調和電梯。據悉，在剛剛結束的北京奧運會上，該公司的電力傳輸解決方案也覆蓋了不少場館，包括鳥巢，青島帆船中心和北京摔跤館等。基于這些解決方案，配電功率因數從從0.7提高到0.95，能耗減少了30%左右。
? “在功率轉換過程中，該公司的關鍵功率轉換解決方案和元器件，包括鋁電解電容器、電力電容器和EMC濾波器也為變頻調速驅動系統帶來更高的能效”，該公司大中華區電力電容器高級銷售經理唐亮先生介紹說。