锂电池 ldo 关于电源管理芯片的一些科普|上海羊羽卓进出口贸易有限公司

关于电源管理芯片的一些科普

日前，深交所受理了圣邦股份的并购重组申请，据了解，圣邦本次重组涉及了此前该公司收购的电源管理芯片企业钰泰半导体。

在圣邦股份发布的公告中，公司谈及了很多关于电源管理芯片的市场情况以及变化，其中的一些观点很值得我们去思考。因此，我们做了一些总结和归纳，以期更好地了解这个市场。

电源管理芯片市场是一块香饽饽

电源管理芯片是所有电子产品和设备的电能供应中枢和纽带，负责所需电能的变换、分配、检测等管控功能，是电子产品和设备不可或缺的关键器件。

电源管理芯片产品存在于几乎所有的电子产品和设备中，是模拟芯片最大的细分市场，根据IC Insights的数据，以出货量计算的话，2019 年电源管理模拟器件预计将占IC 总量的21％，排名所有种类的IC 的第一名，出货量预计为639.69 亿颗，预计将超过排名第二和第三名类别出货量的总和。

同时伴随着物联网、新能源、人工智能、机器人等新兴应用领域的发展，电源管理芯片下游市场迎来了新的发展机会。根据市场调研机构Transparency Market Research分析报告显示，2019年全球电源管理芯片市场规模仍将保持高速增长，其中以中国内地为主的亚太地区是未来最大成长动力。根据前瞻产业研究数据，中国电源管理芯片市场规模由2012年的430.68亿元增长至2018年的681.53亿元，年均复合增长率为6.78%。

（图片来源：圣邦股份公告）

虽然国内对电源芯片的需求保持高涨，但从整体市场份额来看，目前国内电源管理市场的主要参与者仍主要以欧美企业为主，圣邦股份的公告中指出，他们占据了80%以上的市场份额，另外日、韩、台资企业也占据了一定份额。在这种情况下，国内也有一些半导体厂商开始致力于电源管理芯片的开发，芯朋微、圣邦股份、矽力杰、杰华特、南芯、晶丰明源等厂商均在此有所布局。

根据最近的市场情况中看，前有国际厂商在加快布局新一代的电源管理产品——第三代化合物材料的应用引发了电源管理芯片的变革；后有国内相关企业开始关注电源管理芯片的发展，并对一些本土电源管理芯片厂商进行了投资，这其中包括今年3月，大基金二期投资了电源管理芯片供应商力芯微；去年8月，华为旗下全资子公司哈勃投资投资了杰华特微电子；以及湖北小米长江产业基金合伙企业先后对南芯半导体和必易微电子进行了投资。

从国内外厂商的举动来看，电源管理芯片俨然已经成为了一块香饽饽。而引得众多厂商趋之若鹜的背后，则不仅是广阔的市场增长空间，电源管理芯片所蕴藏的巨大利润也是另外一种驱动力。

根据圣邦股份发布的公告显示，国内及国外同行业公司中，在营业收入持续增长的情况下，大部分公司毛利率保持了上升或者稳定的趋势。钰泰所在细分行业的对标的竞争对手为国外成熟的电源管理类芯片设计公司 Silergy、MPS 和 Maxim，标的公司的毛利率波动趋势与其大体一致。

（图片来源：圣邦股份公告）

圣邦股份的公告中指出，标的公司 2018 年至 2019 年综合毛利率分别为 41.54%和46.19%，上升幅度为 4.65%，2019 年销售收入同比增长 106.37%，因销售规模增长而带来的规模效应使得毛利率有所上升。

国内外主要玩家的稳扎稳打

在国际同业中，目前全球模拟芯片市场主要被 TI（德州仪器）、ADI（亚德诺）、Maxim（美信集团）、Infineon（英飞凌）等海外厂商占据。欧美厂商在市场份额和技术水平上一直保持较大的领先优势。这种优势与他们所占据的市场份额有一定的关系。正如圣邦股份所指出的，钰泰因为销售规模的增长使得毛利率有所上升。因而，对于模拟行业来说，抢夺更多的市场份额就意味着能够获得更多的利润。而这些传统大厂，在销售规模方面一直保持着优势，而之所以这些国际巨头能够得到如今的市场地位，也于其进行的分拆、收购、合并有关系。

据相关报道显示，TI能够提供数万种电源管理产品，是该领域绝对的巨头。TI在早期收购的国家半导体奠定了其在电源管理芯片领域中的地位，在最近两年中，TI又收购了Ciclon和POWERPRECISE Solutions等企业，又再一次丰富了其电源管理产品线。

ADI收购Maxim是今年模拟领域的大新闻，这是ADI继三年前收购凌力尔特后的又一大动作。有报道称，当初ADI通过收购Linear拿下了高性能模拟和电源市场，但是在消费级电源市场领域仍有欠缺，而本次收购Maxim，正是对这一市场进行补充。

而觊觎电源管理芯片的厂商不仅有ADI，安森美也曾在2015年下半年，以邀约收购的方式并购了Fairchild，通过该笔收购，安森美在电源领域的地位也得到了飞涨。

此外，关于电源管理芯片的大宗并购案还包括，2017年瑞萨对Intersil的收购，通过该笔收购，瑞萨的电源管理和高性能模拟产品线得到了丰富。

意法半导体则秉承着“一个都不能少”的产品理念，在近些年来推出了数款电源管理芯片，其产品包括高集成度AC-DC转换器、开关DC-DC转换器、线性稳压器、电池管理IC、LED驱动器、光电IC、MOSFET和IGBT驱动器、电机驱动器等，覆盖了快充、智能照明、汽车等多种新兴应用领域。

电源管理芯片市场变化

但是由欧美日厂商所掌控的电源管理芯片领域正在悄然发展着变化。圣邦股份的公告中显示，近年来，整个电源管理芯片产业呈现出由美国、欧洲、日本向中国转移的趋势，中国的电源管理芯片产业正处于上升期。由于终端消费品的制造中心向亚太和中国聚集，台湾和大陆企业的竞争导致欧美大型芯片企业无法维持原来的超高毛利，逐步淡出民用消费类市场。在产业转移的过程中，国内企业将更容易切入民用消费市场，国内芯片公司将迎来较大的发展空间与机遇。

在国内同业中，模拟芯片企业近年逐步成长，但由于发展时间较短，规模与国际同业尚存较大差距，且专注产品领域相对单一，除圣邦股份是从信号链产品技术拓展到复合电源管理类产品外，多数厂商的产品集中在电源领域。圣邦股份在其公告中指出，在模拟芯片领域，国内众多企业各有专攻，圣邦股份、上海贝岭、士兰微、杰华特、晶丰明源、芯朋微等企业均有各自的市场定位。

具体来看，圣邦股份主营业务为模拟芯片的研发和销售，主要产品为高性能模拟芯片，覆盖信号链和电源管理两大领域，拥有 16 大类 1,400 余款在销售产品，包括运算放大器、比较器、音/视频放大器、模拟开关、电平转换及接口电路、数据转换芯片、小逻辑芯片、LDO、DC/DC 转换器、OVP、负载开关、LED 驱动器、微处理器电源监控电路、马达驱动及电池管理芯片等。

上海贝岭集成电路产品主要为智能计量、通用模拟、电源管理这三大类产品业务，主要目标市场是电表、手机、液晶电视、机顶盒及其它各类消费电子产品领域。

杰华特在去年获得了华为旗下哈勃的投资，据介杰华特目前拥有电池管理，LED照明，DC/DC转换器等产品。其官网显示，杰华特以节能降耗为主导，以智能芯片技术为依托，研发卓越的电池管理系统。

晶丰明源主营业务为电源管理驱动类芯片的研发与销售，是国内领先的电源管理驱动类芯片企业之一。公司产品包括 LED 照明驱动芯片等电源管理驱动类芯片，主要应用于 LED 照明领域。

今年登录科创板的芯朋微是国内智能家电、标准电源、移动数码等行业电源管理芯片的重要供应商，在国内生活家电、标准电源等领域实现对进口品牌的大批量替代，并在大家电、工业电源及驱动等领域率先实现突破。

除此之外，矽力杰在模拟芯片领域也颇有建树，该公司是全球领先的小封装、高压大电流IC设计公司之一。其产品可应用于LED照明、平板电脑、笔记本电脑、智能手机、固态存储、视频监控、机顶盒、智能音箱、POS机、网络设备及移动电源等。另外，还有消息显示，矽力杰已经开始布局车用市场，并优先以信息娱乐、LED 照明、ADAS 系统等应用做切入。

国产厂商的奋起直追

目前，虽然欧美发达国家及地区电源管理芯片厂商在产品线的完整性及整体技术水平上保持领先优势，但随着国内集成电路市场的不断扩大，中国本土电源管理芯片企业在激烈的市场竞争中逐渐崛起，整体技术水平和国外同业公司的差距不断缩小。国内企业设计开发的电源管理芯片产品在多个应用领域的进口替代效应明显增强。

圣邦股份在其公告中指出，电源管理芯片按照产品功能划分，可分为稳压器类、电池管理类芯片细分市场。

稳压器类芯片市场稳压器类产品主要用于调节、稳定电路输出电压，满足各个模块对工作电压的需求，起到保护电路的作用，包括升/降压稳压器、线性稳压器等产品，在手机、智能产品、电表、安防及其他电子产品及电子设备中广泛应用。通用稳压器类产品领域市场需求量大，存在较多国内外竞争对手，差异化的高标准稳压器产品凭借更高的技术要求可维持更高的客户粘合度，保持较高的毛利水平。在通用稳压器类产品领域，得益于钰泰较强的产品设计能力和整体成本控制能力，截至目前标的公司在通用稳压器市场已具有一定市场份额，尤其手机用稳压器产品市场有较大量出货。

电池管理类产品则用于锂电池充放电的恒压、恒流等各种功能，可以有效的控制充电各个阶段的充电状态，防止电池过充/放电、过压、过温，有效保护电池寿命和使用者的安全。电池管理类芯片产品广泛应用于手机、蓝牙耳机、移动电源、小家电、电动车等众多领域。电池管理芯片市场竞争格局与产品功能、设计的复杂程度相关，在产品功率要求高、功能模式较为复杂的产品应用市场（例如手机领域），市场竞争相对较小，产品售价较高。

在中端市场（例如包括TWS等可穿戴设备），芯片厂商需要提供性能更高的产品以适应市场需求。标的公司依靠超低功耗的产品特点一直在这类市场保持领先地位。未来标的公司将继续加大这类产品的研发力度，持续拉开与竞争对手的差距。另外，中低端线性充电的市场竞争相对激烈。

圣邦股份公告指出，稳压器类芯片产品和电池管理类芯片产品的主要对标竞争对手包括 MPS和 TI等公司。

虽说，TI和MPS是国内电源管理厂商的竞争对手，但他们同样也是中国电源管理芯片的良师益友。据公开资料显示，圣邦股份董事长兼总经理张世龙、南芯半导体科技有限公司创始人&CEO阮晨杰，都曾是TI的一员。另外，据相关报道显示，矽力杰的创始人陈伟曾任MPS副总裁。

结语

中国电源管理芯片厂商正在进步，虽然目前这些公司的市场比较分散，但他们却凭借各自的优势在激烈的市场竞争中逐渐崛起，并还在不断缩小与国外市场的差距。同时，基于如今资本市场对这块市场的看重以及国产化的推动，本土电源管理芯片厂商或将达到一个新的成长高度。

另外，根据电源管理芯片发展的历史中看，分久必合是每个半导体细分市场都要经历的一个过程，因此，当本土电源管理芯片厂商发展到一定水平的时候，相关并购或许也会增加，而这就是未来的故事了。

*免责声明：本文由作者原创。文章内容系作者个人观点，半导体行业观察转载仅为了传达一种不同的观点，不代表半导体行业观察对该观点赞同或支持，如果有任何异议，欢迎联系半导体行业观察。

今天是《半导体行业观察》为您分享的第2388期内容，欢迎关注。

★国产芯片巨头的手机战事

★从高通射频崛起想到的

★富士康“芯”事

晶圆代工｜蓝牙｜英伟达｜｜IBM｜5G｜摩尔定律｜射频

低功耗之线性稳压器(LDO)

随着More-Than-Moore(超摩尔定律)的口号越来越响亮，逐渐带动物联网(IoT)、智能穿戴设备的兴起。而这些设备里面不可或缺的就是MEMS传感器，所以前面花了两堂课讲了一些MEMS相关的普及知识，后面还会继续和大家一起做深入学习。

但是不管是穿戴设备还是智能手机，最重要的是怕天天充电，而传感器的电源也需要靠Energy-Harvester将外界光能/动能/磁能转换成微弱的电能，可想其功耗要求是多么重要。这就是为什么智能手机都不用Intel的CPU而改用ARM的处理器架构，因为ARM的架构注重功耗，而Intel的架构注重性能。

而在移动设备和穿戴设备里，最重要的除了有ARM的处理器架构来实现低功耗之外，还有就是电源管理IC了，这是个啥东西？其实就是管理各个芯片工作电压的大管家，它负责把锂电池输出的3.7V电压输出给各自芯片的Vin端供芯片工作。传统意义的电源管理就是AC/DC(交流转直流)或者DC/DC(直流转直流)，怎么又冒出一个LDO了？

1、何为LDO？

LDO即低压差线性稳压器(Low-DropOut regulator)，它的卖点是“低压差”，因为传统的线性稳压器(78xx)都需要输入电压比输出电压高2~3V以上，否则就不能正常工作。在下面几种情况下就没有优势了，所以才产生了LDO类的降压芯片或电路模组。

1) 我们的锂电池是3.7V，而我们的芯片是1.8~3.3V的时候如何通过穿通的线性稳压器来降压？

2) 我们的锂电池电压随着电量减少电压是逐渐下降的，当下降到使得输入与输出小于2V时就无法工作了，而只有LDO可以让电池撑到油尽灯枯。

3) 搞半导体的都知道Mix-signal都有core device和IO device，比如5V/3.3V，3.3V/1.8V，这样从IO到core的时候压差只有1.7V、1.5V怎么降压？

2、电路原理及特性：

LDO的主要电路图如下图，其实很简单，只要稍微学校里学过点电路就懂。它的核心在于圆圈里面的晶体管(可以是MOSFET也可以是BJT)，为什么叫做线性稳压源其实就是利用了晶体管工作在线性区，能够通过控制栅极电压来控制沟道电阻从而达到控制输出电压的目的，所以Vout=Vin-I*Rlin。简单吧~但是它只能实现降压，不能实现升压，如果升压你就只能选择DC-DC或者charge pump了。

可是如何实现自动调整Vout？这就需要如图的两个电阻R1/R2组成的取样电压接入误差放大器同相端，然后外面给个参考电压接入误差放大器的反向端(极性不能反否则无法放大，如果是NMOS则反过来接)，只要Vout发生变化则取样电压与Vref (可由bandgap产生)的电压差就会被放大输出给gate从而调整晶体管的输入输出特性达到调整Vout的效果。这是一个动态校正的过程，所以才叫做稳压器而不是降压器/变压器。是不是很神奇？

原则上，只要有线性特性的器件都可以，所以BJT和MOSFET都可以，但是BJT主要因为它是电流控制型不符合低功耗的要求，而且驱动电流比较大，所以Vin和Vout的差值还是太高，所以现在都采用MOSFET。至于该采用NMOS还是PMOS主要还是取决于压差，通常选用PMOS。因为PMOS的dropout电压是就是饱和压降Vdsat=Vin-Vout大约是200mV，而NMOS由于drop-out电压受到了误差放大器输出电压的限制（误差放大器的输出电压最大只能达到其电源电压，即LDO的输入电压），所以drop-out电压大小为NMOS的Vgs（Vdsat+Vth），所以就没有PMOS的优势了。当然也可以引入charge-pump提高误差放大器的电源电压来解决但是提高了复杂度和成本，但是NMOS调整管的PSRR(电源抑制比)比PMOS好。

3、LDO的参数： (Refer RichTek: LDO selection guide)

1) 输入输出电压差(Drop-out Voltage)：这个应该没什么好说的吧，卖的就是这个了~~理论上当然越低越好。一般PMOS可以做到200mV。

2) PSRR：这就是LDO经典的参数电源纹波抑制比(Power Supply Ripple Rejection)，它是很多LDO芯片用来衡量LDO对不同频率输入电源纹波的抑制能力，它反映的是LDO不受噪声和电压波动而保持输出电压稳定的能力(抗干扰能力)。其计算公式为输出电压和输入电压纹波幅度的比值，所以PSRR值越低越好。(反之则反)

3) 超低静态电流Iq(Quiescent)：这种主要应用在传感器一类的元件中，大部分时间都是休眠的，所以在静止状态下的电流是待机的主要杀手，它主要是直接对地进行电流测试(一般几个uA)。

4) Vin MIN: 最小值决定了你是否能开启LDO的调整管，因为当Vin小于1V时(RTK standard)，可能Vin-Vout无法开启调整管则无法工作，此时必须外接charge pump给误差放大器了，那我们就干脆选用NMOS做调整管了。

5) 线性调整率/负载调整率：

a. 线性调整率(Liner regulation)：输出电压的变化与输入电压的变化比值(ΔVout/ΔVin)。

b. 负载调整率(Load regulation)：指输出电压随负载电流的变化情况(ΔVout/ΔIout)。

这两个参数都对应电路的稳态响应特性，通常情况下，输出电压随输入电压的降低及负载电流的增大而降低。要想提高线路及负载调整率，较为直接的方法是提高环路增益。

4、LDO与DC-DC的差别：

所谓DC-DC其实就是直流变直流电压，当然LDO也算是DC-DC的一种，只是LDO只能实现降压。

一般的DC-DC主要内部通过自激振荡电路先由DC转成AC交流，所以外面需要电感和电容实现LC振荡(而LDO只要一个滤波电容)，再在输出端通过积分滤波从AC回到DC，而它的电压变化主要是在AC电源期间实现升压(Boost)、降压(Buck)、反向等，但是由于转换两次会产生损耗，所以如果需要提高效率可以从这方面入手，但是它的效率任然远高于LDO。(举个例子为什么电网输送一定是高压传输低压入户？就是为了降低传输损耗。)

除了压降比较低之外，LDO的另外一个卖点是“稳”，做模拟电路的人都知道输出端主要变数在于负载，如果负载发生变化的时候输出电压是不是也跟着变化了(基尔荷夫电压定律)，而此时这个动态的稳压电路就可以自动调节来快速做出回应保持Vout不变。

如果输入比输出高>3V的时候建议还是用传统的DC-DC(开关模式转换器)，因为高压输入低压输出模式的功率消耗比较低，所以转换效能比较高，因为Ploss=(Vin-Vout)*Iload。

DC-DC的开关频率会导致电源噪声很大，所以PSRR会比LDO差，所以在敏感的模拟(Analog)电路需要选择纯净的LDO。