ADI大咖談電源設(shè)計(jì)的關(guān)鍵要素和解決之道
相較于數(shù)字邏輯產(chǎn)品，電源作為模擬產(chǎn)品中的重要類別，可以說是基礎(chǔ)科技和產(chǎn)業(yè)，隨著行業(yè)應(yīng)用日趨廣泛多元，電源產(chǎn)品也不斷向高頻、高效、高密度化、低壓、大電流化和多元化方向發(fā)展。同時(shí)，電源產(chǎn)品的封裝結(jié)構(gòu)、外形尺寸也日趨標(biāo)準(zhǔn)化，以適應(yīng)全球一體化市場的要求。
對(duì)于電源產(chǎn)品設(shè)計(jì)者而言，哪些技術(shù)是目前影響系統(tǒng)電源設(shè)計(jì)的關(guān)鍵要素？在功率密度，轉(zhuǎn)換效率和減少體積這幾個(gè)方向上，關(guān)鍵的推動(dòng)技術(shù)有哪些？2019年又將有哪些行業(yè)對(duì)電源方面的技術(shù)提出新的要求？這些問題始終是關(guān)注的方向。
電源設(shè)計(jì)的關(guān)鍵要素
ADI公司電源系統(tǒng)工程總監(jiān)梁再信指出，電源設(shè)計(jì)面對(duì)越來越多的挑戰(zhàn)，特別是效率的提升，EMI，和占板面積。對(duì)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與優(yōu)化都提出了很多挑戰(zhàn)。
為了應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)，ADI打破傳統(tǒng)，從工程物理的基本概念出發(fā)，對(duì)傳統(tǒng)的電源產(chǎn)品做了進(jìn)一步創(chuàng)新，推出了Silent Switcher系列電源產(chǎn)品。該系列產(chǎn)品的特點(diǎn)，是創(chuàng)新地設(shè)計(jì)和構(gòu)建了兩個(gè)反向的電流環(huán)，從而閉合磁場回路，達(dá)到顯著降低EMI的效果。
Silent Switch系列開關(guān)電源，均滿足CISPR25, CLASS 5 EMI標(biāo)準(zhǔn)。
同時(shí)，也使客戶居于普通2層電路板設(shè)計(jì)的開關(guān)電源滿足EMI標(biāo)準(zhǔn)變成一種可能。
Silent Switch系列開關(guān)電源，還有兩個(gè)顯著的特點(diǎn)：低致2.5uA超低靜態(tài)工作電流，高達(dá)95%轉(zhuǎn)換效率。
對(duì)于需要超小體積的電源設(shè)計(jì)應(yīng)用，ADI也提供了全系列的高集成度的電源模塊產(chǎn)品，并針對(duì)超薄，超小，超大功率開發(fā)了系列的產(chǎn)品。
比如高度集成的小體積LTM4668：在工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，BGA 封裝僅有6.25mmX6.25mm×2.1mm。支持多通道任意并聯(lián)的工作模式，非常靈活的應(yīng)用和組合，同時(shí)幫助簡化客戶元件庫數(shù)量，降低采購風(fēng)險(xiǎn)，提高生產(chǎn)的可靠性。
不同行業(yè)的要求
汽車，工業(yè)和通訊一直是ADI重點(diǎn)關(guān)注的產(chǎn)業(yè)。梁再信表示，幾乎所有的行業(yè)，都有一些共同的電源產(chǎn)品發(fā)展訴求，但是，部分細(xì)分領(lǐng)域要求稍有不同。
汽車產(chǎn)業(yè)，更加重視EMI問題和功能安全性問題，對(duì)于器件的品質(zhì)和可靠性都非常關(guān)注，這其實(shí)也是ADI長期以來非常重視的。特別是ADI電源相關(guān)產(chǎn)品，對(duì)大部分參數(shù)均承諾全溫度范圍內(nèi)參數(shù)一致性，為客戶提升產(chǎn)品可靠性和穩(wěn)定性奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，行業(yè)內(nèi)少有半導(dǎo)體企業(yè)做出這樣的承諾。
通訊產(chǎn)業(yè)，因?yàn)轶w積、效率和能耗的限制，對(duì)微小體積，大功率密度和高效率提出了更高的要求。
特別是AI人工智能和DataCenter的快速發(fā)展，對(duì)低電壓，大電流的電源產(chǎn)品，提出了更高的要求。ADI的微型電源模塊產(chǎn)品，極具優(yōu)勢，目前已經(jīng)能在15mm*22mm*7.8mm的模塊體積內(nèi)提供高達(dá)100A的輸出能力。極高的功率密度，推動(dòng)了高電流密度的應(yīng)用快速發(fā)展。
工業(yè)產(chǎn)業(yè)，越來越重視EMI問題，系統(tǒng)噪聲問題，采樣精度問題，除了Silent Switch系列產(chǎn)品能夠極大改善產(chǎn)品EMI特性，全溫度范圍內(nèi)的參數(shù)保證為工業(yè)品的長期穩(wěn)定性得到保證，ADI還在低噪聲領(lǐng)域創(chuàng)造了令人難以置信的超越和突破。推出了業(yè)界噪聲最低的LDO，甚至低于標(biāo)準(zhǔn)干電池的電源噪聲。
關(guān)鍵的推動(dòng)技術(shù)
梁再信指出，功率密度的推進(jìn)，很大問題在于效率和散熱，只有如何獲取更高效率的器件，輔以工藝工程的突破，方能提升功率密度。例如ADI最新發(fā)布的LTM4700電源模塊，為解決散熱問題，不僅僅使用了最新的MOSFET和控制器，還創(chuàng)新開發(fā)了電感回路，散熱襯底和外殼封裝三合一的封裝技術(shù)，從而實(shí)現(xiàn)了15mm*22mm*7.8mm的模塊體積內(nèi)提供高達(dá)100A的輸出能力。
對(duì)于轉(zhuǎn)換效率，由于MOSFET開關(guān)驅(qū)動(dòng)損耗和電感轉(zhuǎn)換損耗的存在，傳統(tǒng)的電源轉(zhuǎn)換效率很難提升，即使是ADI最新的Silent Switch技術(shù)，也只能把效率提升致95%左右，ADI的電源設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)，使用低損耗的電容轉(zhuǎn)換技術(shù)，把1/2折壓轉(zhuǎn)換的效率，提升至前所未有的99%的高度。
同時(shí)，ADI也推出了混合型的可以隨意調(diào)整電壓的高效大功率開關(guān)電源，效率也超過了普通的開關(guān)電源。
在減少體積的方向上，除了傳統(tǒng)的微小尺寸DC/DC芯片，真正能夠幫助系統(tǒng)縮減尺寸的，是集成MOSFET和電感的微型電源模塊，借助于先進(jìn)的工藝工程能力，ADI的LTM8074已經(jīng)能夠在4mm*4mm*1.92mm的體積里，完成了一個(gè)集成芯片、電感、MOSFET和電容的微型電源模塊，同時(shí)滿足Silent Switch特性，擁有非常好的EMI特性。據(jù)悉，ADI將在2019年推出一系列的小型化模塊產(chǎn)品。
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