消費類應用市場概覽

市場概述

消費類市場應用范圍寬廣，而且由于有創新產品如平板電腦等的推出，其應用范圍還在不斷演變。由于難以論及所有消費應用，本文將重點探討傳統“家庭娛樂”類消費應用，如電視、機頂盒（STB）及數字視頻播放機（如DVD、DVR等，簡稱DVx）。

過去幾年來，這些應用的變化頗大，功率電子設計工程師需要特別注意。這些應用中變化最大的就是電視機市場的發展，曾經盛行的陰極射線管（CRT）電視和投影電視已被平板電視技術代替，包括液晶電視（LCD TV）、等離子電視及LED電視等。雖然LED電視是LCD技術的一個子類，但它以不同方式營銷，而且從功率角度來看，LED電視代表了一種不同的方案。

STB和DVx應用也有重大變化，雖然標準版本的STB和DVx已經成為大眾商品，但帶有先進功能、更高端版本產品要求小外形尺寸、提供更高功率，為功率電子開發人員帶來機遇。例如在DVx細分市場，隨著標準DVD普及，藍光DVD播放機吸引了大多數開發人員的注意。在所有這些應用中，電源轉換需求的最顯著特征就是不可見。由于不是每個終端消費者都懂得或需使用電源轉換的功能，電源轉換方案越不顯眼就越好—它最好可以幾乎免費，占用的空間應該極小，幾乎不需散熱，而且不應發生故障，或不應因發熱或電磁干擾（EMI）而損害設備工作。

消費類市場由少數幾個韓國和日本大型公司占據。他們的成功很大程度上歸因于其垂直整合架構，使其具可擴展性、靈活性及大批量制造的好處。這些公司大多都能輕易將針對相近應用開發的技術及方案用于消費類市場。近年來，他們也追隨了全球趨勢，將電子設計及制造外包給中國廠商。此外，為數不少的實力派中國公司也已在消費領域興起，他們除致力于服務廣大的中國內需市場，也致力于服務全球市場。

關鍵市場推動力

成本是所有消費類應用的主要驅動力，面對持續不斷降低電源轉換成本的壓力，還須縮短開發時間和降低開發成本，以快速回應市場潮流的改變。

平板電視電源轉換的市場推動力主要是要降低特定屏幕尺寸的功率，LED背光的快速采用引領了此項變革。據估計，相同屏幕尺寸的LED背光電視消耗的功率約為傳統CCFL背光液晶電視的70%。因此，許多屏幕尺寸達42英寸對成本敏感的應用不再使用功率因數校正（PFC）前端，而缺乏PFC前端會讓設計人員處于窘境。主流的降壓拓撲結構—LLC半橋轉換器并不能很好地處理由之而產生的寬輸入電壓范圍，所以廠商紛紛開發寬輸入電壓范圍內可提供高能效的解決方案，這些方案可能是LLC拓撲結構的變種。其中一種方案涉及使用兩個反激轉換器（一個用于系統主板，另一個用于LED背光）。這種方法的優勢如下：

1、直接驅動單個LED段，省去額外升壓轉換器，因而節省成本及提升能效；

2、極佳的互穩壓性；

3、功率高于75 W的電源（約100-110 W），只需要簡單增加一個PFC，大小相同的變壓器及MOSFET即可。

新的變化（省去PFC）已經產生了采用和借用電源適配器市場的諸多技術和半導體方案，因此，消費類終端市場的趨同（及應用分界模糊）也反映在電源轉換方案方面。固定頻率及可變頻率方案是否被采用，取決于設計人員。另一個推動力是極低待機能耗，可使用適配器的技術來方便實現。

消費電子市場的另一關鍵推動力是需求平臺解決方案，因此，設計人員不會針對各種屏幕尺寸開發不同的方案，而是傾向于開發適合寬廣屏幕尺寸范圍的標準平臺。這樣可加快開發進程，配合消費類應用的步伐，還可以減少安全風險及認證障礙這些比實際電路開發更繁雜的問題。平臺解決方案通常使用相同拓撲結構，相似的關鍵組件，如變壓器及半導體元件。不同派生版本之間可能會有極小的成本優化及功能增強，但這些改變通常非常保守。

STB/DRV領域的主要推動力就是功率要求更高和電壓軌的合理化設計。老式的STB要求多達5個電壓軌來為不同的邏輯及處理芯片供電，采用新的先進芯片組并進行功能整合后，減到只需最多2個電壓軌。經過簡化，像初級端控制器以及PWM開關穩壓器等更高集成度產品便成為降低總成本的更適當方案。這一趨勢也推動了更高的功率要求，因為在要求更少電壓軌的情況下，相同的空間中能管理更高的功率。

關鍵衡量依據

任何消費類應用主要衡量每個功能（而非功率）的成本，因此，成本是主要衡量依據，壓倒所有其它考慮因素。適配器與電視電源要求的趨同令成本可降低，且受到原設備制造商（OEM）的歡迎。

除了成本，消費者也開始識別及關注產品的“環保成份”，這也帶動當今消費產品市場的其它衡量依據，即待機功耗。根據美國勞倫斯-伯克利國家實驗室的測量數據，像STB等消費類產品的待機功耗要求（及性能）已經從十幾瓦下降至約3 W。

在電視應用中，空載功耗要求低至180 mW，而負載為100 mW時的待機功耗應當低于300 mW，這比任何已有的相應規范都嚴格得多。除了空載/待機功耗要求，在70至75 W峰值功率時的滿載能效要高于88%。

發展趨勢

新推出的有機發光二極管（OLED）電視有可能改變游戲規則，OLED電視提供比傳統電視技術更佳的黑色圖像，在高端市場有一定吸引力。OLED電視要求更高的峰值功率，配備一個先進的PFC及高能效LLC轉換器（雖然OLED電視傾向于降低黑色圖像能耗，但黑色圖像的能耗達白色圖像能耗的3倍）。當前，OLED電視著眼于高端市場（屏幕尺寸大于50英寸），如果OLED技術更為流行，并在近期轉向更小屏幕尺寸（32至42英寸），我們將會看到PFC前端架構會再度流行。

消費類市場標準的引入及演進是近年出現的另一趨勢，消費電子產業并不一直歡迎這類標準，因為他們視之為額外負擔。另一方面，消費者對更綠色環保產品的期望已經驅使消費電子產品采取一些積極主動的措施。在規范標準（通常基于認證，因此并不嚴格）、終端消費者期望及消費電子產業的能力和產品之間是否能夠達到各方都滿意的平衡，仍然有待觀察。如果上面關鍵衡量依據部分中提到的能效及空載/待機功耗樣本數據是指標的話，那么平衡動力已經在起作用了。

設計挑戰

電視和機頂盒這類消費產品涉及寬廣的工作功率范圍（這跟通常在固定功率條件下工作的LED燈泡不同），因此，帶給設計人員的挑戰就是設計提供在寬廣負載范圍內具備高能效的解決方案。此外，消費類方案一直不提供強制空氣冷卻，因此電源方案需要具備熱穩定性，而且不應讓消費者感受到“變熱”。消費者跟平板電視顯示屏的距離使熱穩定性成為一項關鍵要求。

此外，這些應用大多數都具有多個電源軌，必須以高性價比的方式設計這些電源軌并進行穩壓。基于成本及能效考慮，后穩壓并不總是可行的選擇。因此，設計人員的挑戰就是開發帶有極佳互穩壓性的多輸出轉換器（由于缺乏PFC前端，當輸入電壓范圍變寬時，此項挑戰變得更復雜）。

為消費類應用提供電源轉換方案的另一挑戰就是OEM喜歡限制（元件級和子系統級）供應商的數量，因此新進入者的創新方案難于獲得OEM的青睞。設計派生產品及下一代產品的持續壓力也限制了真正的研發投資，尤其是電源轉換已被視作大宗商品技術。另一方面，一旦方案獲得采納，它就有很高程度的粘性，成為支配性的方案，直至下一個技術拐點來臨。（Christophe Warin，Tim Kaske 安森美半導體）