中国半导体发展的悲哀：连个高效电源芯片都研发不了

日常生活中开关电源无处不在，手机充电器，笔记本适配器，LED灯驱动电源，电视机内置电源等等，都是开关电源。如果没有开关电源，我们用不了手机和电脑，看不了电视，甚至点亮不了电灯。说得夸张一点，没有开关电源，我们生活会是一片漆黑。开关电源也称电源转换器，就是把交流电变直流电，或者直流变成交流，或者高压变低压，低压转成高压。

特斯拉发明的交流电流是人类电能史上的一个里程碑，早期我们像点亮电灯，驱动马达，直接使用交流电。但是现在很多电子产品需要低压直流电，像单片机，CPU，控制线路等都需要低压直流电。但是接入我们家庭的都是交流电，我们必须把交流电转成直流电，再把高压直流电转成各种低压直流电，给电子终端设备供电。这些转换装置我们称为开关电源（在这里不聊线性电源）。

开关电源最为关键的两个指标，就是效率和体积。我们都希望效率越高越好，这样电能损耗就变小。你可以想象一下，假设有10亿台的开关电源（地球上刚手机充电器就有几十亿个），如果充电器的功率是10W，充电时间为一小时，假设每台手机充电器效率提高1%，10亿台充电器就能节省100000度电。手机充电一次，就能节省这么多电。地球上难以数计的开关电源，长年累月，提高电源效率，节省的电量就非常巨大。

为了节约电能，我们一直在想各种提高开关电源的效率。开关电源的效率与开关电源器件损耗有关，主要的两大损耗是半导体器件损耗和磁芯元器件损耗，半导体损耗又与开关电源线路拓扑有关系。早期的开关电源反激，正激，半桥，推挽拓扑都是硬开关。硬开关就是开关管在高压和大电流的情况下开关的，开关管会产生很大的开通和关断损耗，造成开关电源效率低下。为了提升效率，开关电源采用LLC拓扑。LLC拓扑是软开关的，就是开关管零电压或者零电流导通和关断。这样大大较少了开关管的导通和关断损耗。开关电源效率可以轻而易举地做到90%以上，甚至大功率的开关电源效率能达到96%以上。开关电源损耗小了，器件也可以更小，开关电源的体积也就变小。

世界半导体巨头美国TI公司，发明了经典的硬开关电源芯片UC3842。而另一家半导体大公司ST，发明LLC拓扑芯片L6599，这是一款LLC谐振半桥的经典芯片。发明有十多年了，直到如今，我们还在大量使用中。LLC谐振半桥和普通半桥最大的区别就是软开关和硬开关。作为开关电源中的心脏——电源芯片，在10多年前，内地连做硬开关电源芯片的厂家都屈指可数，到现在能做反激芯片的厂家已经很多了，像士兰微，赛威在小功率反激电源中，占有一席地位。但是到了上百瓦的电源芯片，如LLC拓扑的芯片，内地一家厂商都没有，这是多么可悲啊。LLC电源芯片用在适配器，LED路灯，通信，服务器等高效电源中，用量可以说非常大。但是LLC电源芯片，都被国外厂商占据着，像NXP，TI，ON，Fuji这些半导体大公司。

我们在大功率高效电源芯片领域可以说是个空白，虽然这个芯片不像CPU那么难，但是国内没有一家半导体企业在做。为什么国内企业不做呢，第一个就是技术问题，LLC电源架构相对复杂，控制也是调频，不同于调制脉宽。如果控制不好，很容易炸机损坏电源。你会说只要有钱可以找人做，但芯片开发是个长期的积累过程，开发周期也长。第二个，就是投入和回报的问题，电源芯片比较廉价了，利润不是很大，很多厂家不愿意在这块投入。最后，电源芯片没有像CPU那样受国家重视，即使芯片做出来了，但使用的人还很少，卖不出去，到时反而把开发的企业拖垮。

我国高效电源芯片产业的薄弱，反映了我们半导体产业还处在初级阶段，要想追赶时欧美半导体发展水平，我们还需要走一段长长的路。