随着数字高速IC技术和芯片制造工艺技术的高速发展之下，高性能电源IC的“身影”逐渐走进人们的视野。日新月异的电子产品应用、环保绿色节能需求的兴起更是对电源IC提出了更高的要求。随着电源管理IC的大量发展，功率半导体改称为电源管理半导体。也正是因为这么多的集成电路(IC)进入电源领域，人们才更多地以电源管理来称呼现阶段的电源技术。
据IC insights的统计数据显示，2018年模拟市场的总销售额为600亿美元，其中电源管理芯片占比接近三成，并持续保持增长态势。据Yole预测，电源IC市场规模到2023年将增长至227亿美元，2018~2023年期间的复合年增长率（CAGR）将达4.6%。目前，从技术产业发展来看，全球最主要的电源管理IC市场仍然被国外企业霸占，如英飞凌、TI、高通、ADI、Maxim、安森美、意法半导体、Dialog、瑞萨等。
全球电源管理芯片市场发展（数据来源：Yole）
电源管理半导体本中的主导部分是电源管理IC，大致可归纳为下述8种。
- 1、AC/DC调制IC。内含低电压控制电路及高压开关晶体管。
- 2、DC/DC调制IC。包括升压/降压调节器，以及电荷泵。
- 3、功率因数控制PFC预调制 IC。提供具有功率因数校正功能的电源输入电路。
- 4、脉冲调制或脉幅调制PWM/ PFM控制IC。为脉冲频率调制和/或脉冲宽度调制控制器，用于驱动外部开关。
- 5、线性调制IC(如线性低压降稳压器LDO等)。包括正向和负向调节器，以及低压降LDO调制管。
- 6、电池充电和管理IC。包括电池充电、保护及电量显示IC，以及可进行电池数据通讯“智能”电池 IC。
- 7、热插板控制IC(免除从工作系统中插入或拔除另一接口的影响)。
- 8、MOSFET或IGBT的开关功能 IC。
在这些电源管理IC中，电压调节IC是发展最快、产量最大的一部分。各种电源管理IC基本上和一些相关的应用相联系，所以针对不同应用，还可以列出更多类型的器件。电源管理的技术趋势是高效能、低功耗、智能化。
英飞凌从芯片技术层面提升电源效率，助力5G
电源管理芯片主要的应用领域包括有线通信、汽车应用、消费领域、数据处理、无线通信、5G等方面。尽管电源管理IC的市场容量比例占全部半导体的不到5%，但是（如下图），在各个领域它每年都是持续增长的势头，未来的发展空间也是很大的。
英飞凌作为全球领先的半导体公司、第一大汽车芯片供应商、第四大32位MCU供应商，保持在功率器件和安全芯片上的市场第一位。2019年6月3日，英飞凌宣布与赛普拉斯半导体公司签署最终协议，预计2019年底完成。此次交易补足了英飞凌在MCU、无线连接、软件/生态系统以及存储器方面的优势，相对于竞争对手ST、NXP、TI、瑞萨等提供了更加完整的解决方案。
随着电动汽车的普及，市场对英飞凌功率半导体的需求也在不断提升。在硅基IGBT模块、IGBT模块领域、全球MOSFET市场，英飞凌是无可争议的市场领导者。旗下的CoolMOS™和OptiMOS™系列能带来出色的能源效率, 还可提供基于氮化镓的领先解决方案。英飞凌在碳化硅领域的专业技术和经验，也被越来越多地应用到了汽车功率半导体中。
除了汽车领域，在5G领域也很讲求功率的高效性。2019年5G已经小部分推出，在2021年会进入大量商用阶段。英飞凌高级主任宋清亮讲到，目前华为、中兴、爱立信等电信运营商都还没有一个完整的5G方案，但是他们都有一个共识就是耗电问题，电信运营商5G的电费会是3G、4G的4-5倍之大，将来通信电源效率变的尤为重要。
那么材料的选择变成主要考虑的对象之一。英飞凌是市场上唯一一家提供覆盖硅、碳化硅、氮化镓等材料的全系列功率产品的公司，拥有高性价比的第七代CoolMOS™、基于第三代宽禁带半导体的高性能CoolSiC™ 与CoolGaN™ 、以及支持更高频率应用的第六代OptiMOS™ 等丰富产品组合，从芯片技术层面提升电源效率！
Si、SiC、GaN三种材料的结构示意图
宋清亮解释了关于Si、SiC、GaN三种材料的利弊点。Si的应用领域很广泛，缺点是不能控制在很高的频率上，高压MOS管在500K、低压MOS管在1MHz左右就是开关的极限；SiC可替代IGBT，适合更大的功率，但是无法达到和GaN一样的高频；GaN特适合在高频阶段工作，但高频有个条件，如果封装技术参数太大，就很难实现高频。英飞凌提出两种解决方案，一是把工作频率提高，减小无源器件的尺寸来提高功率密度；二是把传统的插件器件变成贴片器件。顺应趋势，英飞凌所有的GaN器件都是采用贴片器件，目的提高功率密度。
英飞凌拥有Si、SiC、GaN等材料全系列功率产品
不同的因素选择不同的材料
此外，英飞凌还推出了TO-247-4pin、ThinPAK 8*8、TOLL、DDPAK等创新产品封装，能够有效地提升电源功率密度。基于英飞凌广博的功率半导体组合，可实现5G通讯电源的高功率密度设计，加速5G全面落地！
英飞凌功率半导体产品的封装类型
在“2019英飞凌‘英领能效 芯悦未来’电源管理研讨”会上，宋清亮提到英飞凌推出新的OptiMos的新命名规则，从明年开始所有的产品都按新的命名规则。第一个字母以I开头，第2、3字母是封装，第4、5字母是耐压值/10……如下图：
英飞凌新的命名规则
主流充电方式：直流充电桩和OBC
近几年全球交通汽车尾气的过度排放，环境的恶劣变化，刺激电动汽车的快速发展。电池的成本在逐年下降，技术不断成熟推动着新能源汽车产业的发展，但是充电桩数量少、充电慢、充电地点少成了首要问题。
英飞凌电源管理工程师Alan Lun讲到，目前市场上主流的充电方式是直流充电桩和交流OBC（On Board Charger）。直流充电桩市场上有60kw、120KW、240KW的直流充电桩，采用的是分立器件和模组的组合解决方案，从起初的15KW，到20KW，现在已经能实现30KW。在直流充电中，功率越大充电时间就会越短，在减少费用的情况下实现高效。但是Alan Lun提到了一个问题，汽车能不能承受那么大的电流也是一个痛点。
覆盖20kW-350kW的直流充电桩选型方案
对于交流OBC方案中，除了拓扑结构的选择，车规级别的可靠性更是重中之重！英飞凌CoolMOS™ CFDA与CFD7A 系列可提供高性能、高可靠性等优势，成为了功率器件的优先选择。
OBC系统选型
全球主要代表厂商及格局
1、德州仪器（TI，2011年收购了国家半导体NS（National Semiconductor）
产品：全球最大的模拟IC厂商，且历史悠久。可以说是全球产品线最多、最齐全的IC厂商。电源产品当然是该公司的重点，特别是收购了NS以后，进一步加强了其在该市场的地位，几乎出品所有你能想到的电源IC和分立式功率器件。
2、Qualcomm+NXP+Freescale（2015年NXP收购了Freescale，2016年，高通又宣布收购NXP）
产品：高通方面，除了电源管理产品外，其最知名的就是骁龙（Snapdragon）移动处理器平台，另外还有无线芯片组，3G/4G芯片组，系统软件及开发工具和产品、无线解决方案等。NXP方面，收购Freescale后，提升了其在功率半导体和MCU市场的地位，另外，其在汽车电子、网络安全、便携和可穿戴式应用以及物联网方面具有强大实力和解决方案。
3、ADI+Linear（亚德诺半导体于2016年收购了Linear）
产品：是信号处理领域创新与卓越的代名词。在转换、调理、处理现实世界物理现象方面，ADI公司的模拟信号、混合信号和数字信号处理(DSP)集成电路(IC)发挥着十分重要的作用。在收购全球毛利率最高的电源半导体厂商Linear后，一跃成为全球第二大模拟半导体厂商，仅次于TI。
4、Maxim Integrated（美信）
产品：专攻模拟半导体产品，特别是在功率半导体方面，具有鲜明特色。产品应用于消费类电子、个人电脑及外围设备、手持式电子产品、无线和光线通信、测试设备、仪器仪表、视频显示器和汽车应用等。模拟和混合信号解决方案包括数据转换器、接口电路、电源、射频无线电路、时钟和振荡器、微控制器(MCU)、运算放大器(op amps)和传感器等。
5、Infineon+IR（英飞凌于2015年收购了国际整流器IR）
Infineon是欧洲最大的半导体公司，其功率半导体在全球排名第一，通过一系列的并购举措，进一步加强了其在功率半导体市场的地位。主要产品还包括汽车和工业电子芯片、保密及IC卡应用IC、通讯多媒体芯片、存储器件等。
6、On Semiconductor+Fairchild（2015年，安森美收购了Fairchild）
产品：全面的高能效电源和信号管理、逻辑、分立及定制方案阵容，帮助工程师解决他们在汽车、通信、计算机、消费电子、工业、LED照明、医疗、军事/航空及电源应用的独特设计挑战。
7、STMicroelectronics（意法半导体）
产品：欧洲3大半导体厂商之一，主要出品MCU、模拟芯片和电源转换芯片，机顶盒芯片，分立器件、手机相机模块和车用集成电路等。
8、Renesas+Intersil（瑞萨电子2016年收购了Intersil）
产品：瑞萨方面，单片机、内存、多用途IC、专用IC和分立半导体器件，并提供涵盖设计、应用、生产和工艺各方面的技术。Intersil方面，电源管理，放大器和缓冲器，音频和视频，数据转换器，接口电路，开关/多路复用器/交叉矩阵，时钟和数字器件，航空航天及军用器件等。
9、Dialog
产品：模拟半导体厂商，其在高能效系统电源管理领域积累了丰富经验和知识，包括音频、短距离无线、AC/DC电源转换和VoIP技术在内的技术很有特色，其模拟IC主要针对个人便携式应用、低功耗短程无线应用以及LED固态照明、显示和汽车应用等领域。该公司目前的苹果iPhone手机电源管理芯片的主要供应商。
进入2019年，全球电源管理芯片产业整合的步伐一直在进行着。Renesas（瑞萨）收购了Intersil；ADI收购Linear、苹果与Dialog达成6亿美元交易，Dialog将授权其电源管理技术、转移部分资产以及输送300名研发工程师给苹果。而国内企业主要包括，钰泰科技、全志科技、圣邦微电子、芯朋微电子、上海贝岭、南京微盟电子、矽力杰、比亚迪微电子、芯智汇科技、华之美半导体等企业，整体竞争力并不强，持续的价格战也成为制约国内电源管理芯片产业发展的重要因素。
笔者认为，从全球市场来看，电源管理芯片成长速度并不算很快，但每年都有增长，属于一个相对稳定的市场，新兴市场还没有出现规模化效应。另一方面，电子产品技术升级仍在进行，如快充技术、电动汽车、5G等，对于电源管理芯片仍具有升级需求，而这也将成为厂商当下重点竞争的领域，前景还是不错的。